¿Por qué la electricidad no se transmite de forma inalámbrica?

La energía se transmite de forma inalámbrica en muchas aplicaciones, pero no donde la eficiencia de la transmisión es de gran importancia. Y por eso no se hace más: la eficiencia. A bajas frecuencias, la conducción galvánica (que significa metal) de la electricidad es muchos, muchos, muchos órdenes de magnitud más eficiente que, digamos, el aire.

A frecuencias más altas, uno puede usar electricidad para crear ondas EM que viajan bien en el aire (o incluso en el espacio); pero el problema es que el medio en el que viajan es típicamente 3D (en lugar de la ruta funcionalmente 1D en un circuito eléctrico), por lo que las cosas se dispersan mucho y la estación receptora solo recibe una fracción muy pequeña (su automóvil o la radio doméstica, recibiendo una señal de una estación de transmisión, es un ejemplo).

Se han desarrollado y se están desarrollando continuamente técnicas para obligar a la energía a viajar de una manera 1-D, en lugar de 3D, en el aire sin guías de ondas. Algunos éxitos incluyen RADAR de matriz en fase, láseres, antenas de microondas para telecomunicaciones, antenas Yagi y antenas parabólicas. Sin embargo, no ha surgido ninguna técnica comercialmente viable para mover grandes cantidades de energía eléctrica a largas distancias sin grandes tramos de metal.

La electricidad es el flujo de carga eléctrica, generalmente partículas cargadas eléctricamente llamadas electrones en un cable. No puede fluir a través del aire, excepto en forma de partículas de aire cargadas eléctricamente, como en una chispa o un rayo.

Los campos magnéticos pueden viajar en el aire, por lo que puede enviar electricidad usándolo para crear un campo magnético y luego usar el campo magnético en el otro extremo para generar electricidad. Así es como funciona un transformador, pero solo funciona de manera eficiente si los dos conjuntos de cables que forman el campo magnético están muy cerca.

Puede usarlo para enviar pequeñas cantidades de electricidad a una distancia corta donde un cable (o conector) sería difícil, como cargar un cepillo de dientes eléctrico, pero no es eficiente para grandes cantidades o una larga distancia.

Se puede hacer a través de ondas electromagnéticas. Cuanto mayor sea la frecuencia de transmisión, mejor. Tesla quería hacerlo. Pero es muy ineficiente, gran parte de la energía se perderá donde no te hará ningún bien (como calentar el suelo), o será saqueada por personas que no pagan y que han aprendido a cosecharla. Hay algunos trabajos sobre antenas que se pueden usar para obtener energía del entorno (principalmente ondas de radio), pero son para dispositivos remotos de muy baja potencia, no son adecuadas para aplicaciones de energía a granel.

En realidad, se han fabricado algunos cargadores inalámbricos en los que la energía se transfiere mediante el uso de un campo electromagnético. De todos modos, la eficiencia de dichos cargadores es mucho menor que la de los cargadores con cable debido a las siguientes razones:

1. La antena (cargador remoto) no capta todo el campo electromagnético y, por lo tanto, solo se recibe una cierta cantidad de energía disponible.

2. La potencia disminuye con la distancia.

El primer problema podría resolverse con una antena direccional (en este caso, en mi opinión, es mucho más fácil conectar el cable directamente a la fuente de alimentación que fijar el receptor, el cargador remoto, en el punto de recepción óptimo)

Con respecto a las amplitudes de campo decrecientes, el campo electromagnético consta de campo lejano y campo cercano. el campo cercano domina cerca de la fuente y el campo lejano se extiende desde una distancia de aproximadamente dos longitudes de onda desde la antena hasta el infinito. Sin embargo, el campo cercano disminuye más rápido (1/d^3) mientras que el campo lejano disminuye con 1/d^2. Debido a estos hechos, las comunicaciones inalámbricas explotan el campo lejano y las frecuencias son altas.

Para concluir la respuesta, diría que aunque es posible transferir la energía de forma inalámbrica, no es asequible.

Aunque, de ninguna manera, tengo un título universitario en Física o Electromagnetismo, me gustaría intentar dar una respuesta.

Primero, necesitamos entender qué es la electricidad. Fundamentalmente, la electricidad es el flujo de partículas con cualquier carga eléctrica. Hay dos partículas de materia comunes con carga: los protones y los electrones. Dado que la masa del protón es mucho mayor que la del electrón y el hecho de que los protones se mantienen unidos en núcleos más grandes a través de gluones (portadores de fuerza de la fuerza fuerte), la electricidad puede considerarse como el flujo de electrones. Son mucho más fáciles de mover ya que se mantienen en los átomos con menos fuerza y ​​tienen menos de 1/1000 de la masa de un protón a pesar de tener una carga idéntica (carga opuesta). La electrodinámica simple dicta que los electrones fluyen de un sistema cargado más negativamente a un sistema cargado menos negativamente, lo mismo con el calor.

Dicho esto, cuando habla de tecnología inalámbrica, supongo que está hablando, por ejemplo, de un enrutador inalámbrico o punto de acceso que utiliza electromagnetismo (fotones en varias longitudes de onda) para transportar información, no electrones. En física, por supuesto, los fotones de alta energía se pueden convertir en cantidades iguales de electrones y positrones, pero un acelerador de partículas en una computadora portátil parecería... ineficiente.

El electromagnetismo sería la mejor apuesta para transferir energía (más específicamente, electrones) a través de tecnología inalámbrica, pero a partir de ahora, una estación de carga electromagnética de larga distancia no es ni práctica ni razonable.

Lamento no poder proporcionar fórmulas o temas avanzados, pero espero haber podido brindar alguna ayuda.

Tengo un ejemplo de energía útil que se transmite a largas distancias.

Cuando era niño, compré un kit electrónico y uno de los circuitos que podías construir era un receptor de radio sin alimentación: la energía de la señal de transmisión era suficiente para impulsar el auricular. También se llama conjunto de cristal y puedes leer más en wikipedia .

Nicola Tesla estaba realmente examinando esta transferencia de energía inalámbrica a través de sus bobinas de telsa . De hecho, diseñó grandes bobinas EM que podrían colocarse cerca de la estación generadora y bobinas más pequeñas en el extremo del suscriptor.

Bueno, la gente en ese momento, especialmente bajo la influencia de Edison (eran archienemigos), se burlaron de él y el intento fue descartado poco después de su muerte. (Se puede llamar a esto una teoría de la conspiración)...

Pero entonces es posible....

EDIT1: Una solución viable es Tesla Coil .