EssenWest
10.06.07, 13:52
ELEKTRIZITÄT OHNE KABEL
Forscher funken Strom
Von Holger Dambeck (mailto:holger_dambeck@spiegel.de)
Über eine Strecke von zwei Metern haben Wissenschaftler am MIT elektrische Energie drahtlos übertragen und eine Lampe zum Leuchten gebracht. Die WiTricity genannte Technik könnte eines Tages das Stromkabel obsolet machen.
Drähte sind irgendwie unpraktisch. Mal stolpert man drüber, mal sind sie zu kurz, mal brechen sie oder werden eingeklemmt. Kein Wunder, dass die Drahtlos-Technik immer weiter um sich greift: Telefone, Handys, Notebooks - sie alle funktionieren schon lange ganz autark, solange Funkmast oder Basisstation in der Nähe stehen. Nur an die Steckdose müssen sie noch gelegentlich - eine lästige Prozedur.
Warum kann man Strom eigentlich nicht funken? Eine Frage, die sich bereits Nikola Tesla stellte, der vor mehr als hundert Jahren vergeblich an der drahtlosen Übertragung elektrischer Energie forschte. Als eines der Hauptprobleme entpuppte sich die Natur elektromagnetischer Wellen - eine der möglichen Techniken, um Strom zu "funken". Prinzipiell kann man mit den Wellen zwar Energie übertragen. Allerdings breiten sie sich in alle Richtungen aus, wodurch die Effizienz extrem klein wird.
Wissenschaftler am MIT in Cambridge glauben nun, dem Traum Teslas ein großes Stück näher gekommen zu sein: Marin Soljacic und seine Kollegen konnten eine 60-Watt-Lampe aus zwei Metern Entfernung mit Strom versorgen, ohne dazu eine Leitung legen zu müssen. Stattdessen nutzten sie die sogenannte magnetische Resonanz im Nahfeld. "Es war sehr aufregend", sagte Soljacic. Der Versuch sei "sehr gut reproduzierbar". Man habe eine Effizienz von 40 Prozent erreicht, berichten die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science".
Hohe Effizienz, simpler Aufbau
Der Versuchsaufbau ist simpel: Im Abstand von zwei Metern hängen sich zwei große Kupferspiralen gegenüber. Durch die eine Spule fließt Wechselstrom mit einer Frequenz von rund 10 Megahertz. Die Energie des dabei entstehenden magnetischen Nahfelds kann von der anderen Spule angezapft werden.
"Dass man Energie aus dem Nahfeld entnehmen kann, ist schon länger bekannt", sagte Jürgen Haase, Festkörperphysiker an der Universität Leipzig. Um die magnetische Resonanz zu nutzen, müsse man jedoch sehr nah an die Quelle heran, erklärte er im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, und zwar dichter als die Wellenlänge. Bei der von den MIT-Forschern genutzten Frequenz sind das nur wenige Meter.
Das Verfahren lässt sich sehr gut mit einem Resonanzexperiment einer Opernsängerin vergleichen. Wenn diese in einem Raum einen bestimmten Ton singt, in dem Hunderte identische, aber unterschiedlich hoch mit Wasser gefüllte Weingläser stehen, dann kann ein einzelnes Glas zur Resonanz gebracht werden und zerspringen. Die anderen Gläser nehmen hingegen kaum Energie aus den akustischen Wellen auf, weil ihre Eigenfrequenz nicht zu der Schallfrequenz passt.
Auf jede Spule passt ein Resonator
Genauso funktioniert die magnetische Resonanz im Nahfeld: Energie kann aus dem Feld nur entnommen werden, wenn ein Resonator ins Spiel kommt. Die MIT-Forscher haben den Aufbau der Kupferspulen natürlich genau so konzipiert, dass es zur Resonanz kommt. "Man kann aus dem Wechselfeld nur Energie entnehmen, wenn man einen zur Frequenz passenden Resonator hat", sagte Haase. Eine anders gebaute Spule kann das magnetischen Wechselfeld deshalb nicht nutzen - somit geht auch keine Energie verloren.
Ein Vorteil der genutzten Frequenz von 9 bis 10 MHz sei, so der Leipziger Physiker, dass das Feld nicht tief in den menschlichen Körper eindringe. Soljacic und seine MIT-Kollegen betonen genau aus diesem Grund, dass der Aufenthalt in dem hochfrequenten Magnetfeld für Menschen und Tiere sicher sei. Bei den Experimenten hätten auch Kreditkarten, Handys und andere elektrische Geräte keinerlei Schaden genommen. Allerdings müssten die Wechselwirkungen des Feldes noch genauer untersucht werden, betonten die Wissenschaftler.
In Anlehnung an den Begriff WiFi nennen Soljacic und seine Kollegen ihre Technik auch "WiTricity" (Wireless Electricity). Sie haben längst eine klare Vision, wie ihr Verfahren künftig genutzt werden soll: Laptops könnten drahtlos aufgeladen werden - oder aber ganz ohne Akkus funktionieren, deren Produktion und Entsorgung ohnehin eine Belastung für die Umwelt darstelle. Stattdessen würden die Rechner ihren Strom aus dem magnetischen Feld im Raum beziehen.
Die Laptops wären somit wirklich drahtlos. Gute Aussichten.
Quelle: Spiegel Online (http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,487536,00.html)
Forscher funken Strom
Von Holger Dambeck (mailto:holger_dambeck@spiegel.de)
Über eine Strecke von zwei Metern haben Wissenschaftler am MIT elektrische Energie drahtlos übertragen und eine Lampe zum Leuchten gebracht. Die WiTricity genannte Technik könnte eines Tages das Stromkabel obsolet machen.
Drähte sind irgendwie unpraktisch. Mal stolpert man drüber, mal sind sie zu kurz, mal brechen sie oder werden eingeklemmt. Kein Wunder, dass die Drahtlos-Technik immer weiter um sich greift: Telefone, Handys, Notebooks - sie alle funktionieren schon lange ganz autark, solange Funkmast oder Basisstation in der Nähe stehen. Nur an die Steckdose müssen sie noch gelegentlich - eine lästige Prozedur.
Warum kann man Strom eigentlich nicht funken? Eine Frage, die sich bereits Nikola Tesla stellte, der vor mehr als hundert Jahren vergeblich an der drahtlosen Übertragung elektrischer Energie forschte. Als eines der Hauptprobleme entpuppte sich die Natur elektromagnetischer Wellen - eine der möglichen Techniken, um Strom zu "funken". Prinzipiell kann man mit den Wellen zwar Energie übertragen. Allerdings breiten sie sich in alle Richtungen aus, wodurch die Effizienz extrem klein wird.
Wissenschaftler am MIT in Cambridge glauben nun, dem Traum Teslas ein großes Stück näher gekommen zu sein: Marin Soljacic und seine Kollegen konnten eine 60-Watt-Lampe aus zwei Metern Entfernung mit Strom versorgen, ohne dazu eine Leitung legen zu müssen. Stattdessen nutzten sie die sogenannte magnetische Resonanz im Nahfeld. "Es war sehr aufregend", sagte Soljacic. Der Versuch sei "sehr gut reproduzierbar". Man habe eine Effizienz von 40 Prozent erreicht, berichten die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science".
Hohe Effizienz, simpler Aufbau
Der Versuchsaufbau ist simpel: Im Abstand von zwei Metern hängen sich zwei große Kupferspiralen gegenüber. Durch die eine Spule fließt Wechselstrom mit einer Frequenz von rund 10 Megahertz. Die Energie des dabei entstehenden magnetischen Nahfelds kann von der anderen Spule angezapft werden.
"Dass man Energie aus dem Nahfeld entnehmen kann, ist schon länger bekannt", sagte Jürgen Haase, Festkörperphysiker an der Universität Leipzig. Um die magnetische Resonanz zu nutzen, müsse man jedoch sehr nah an die Quelle heran, erklärte er im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, und zwar dichter als die Wellenlänge. Bei der von den MIT-Forschern genutzten Frequenz sind das nur wenige Meter.
Das Verfahren lässt sich sehr gut mit einem Resonanzexperiment einer Opernsängerin vergleichen. Wenn diese in einem Raum einen bestimmten Ton singt, in dem Hunderte identische, aber unterschiedlich hoch mit Wasser gefüllte Weingläser stehen, dann kann ein einzelnes Glas zur Resonanz gebracht werden und zerspringen. Die anderen Gläser nehmen hingegen kaum Energie aus den akustischen Wellen auf, weil ihre Eigenfrequenz nicht zu der Schallfrequenz passt.
Auf jede Spule passt ein Resonator
Genauso funktioniert die magnetische Resonanz im Nahfeld: Energie kann aus dem Feld nur entnommen werden, wenn ein Resonator ins Spiel kommt. Die MIT-Forscher haben den Aufbau der Kupferspulen natürlich genau so konzipiert, dass es zur Resonanz kommt. "Man kann aus dem Wechselfeld nur Energie entnehmen, wenn man einen zur Frequenz passenden Resonator hat", sagte Haase. Eine anders gebaute Spule kann das magnetischen Wechselfeld deshalb nicht nutzen - somit geht auch keine Energie verloren.
Ein Vorteil der genutzten Frequenz von 9 bis 10 MHz sei, so der Leipziger Physiker, dass das Feld nicht tief in den menschlichen Körper eindringe. Soljacic und seine MIT-Kollegen betonen genau aus diesem Grund, dass der Aufenthalt in dem hochfrequenten Magnetfeld für Menschen und Tiere sicher sei. Bei den Experimenten hätten auch Kreditkarten, Handys und andere elektrische Geräte keinerlei Schaden genommen. Allerdings müssten die Wechselwirkungen des Feldes noch genauer untersucht werden, betonten die Wissenschaftler.
In Anlehnung an den Begriff WiFi nennen Soljacic und seine Kollegen ihre Technik auch "WiTricity" (Wireless Electricity). Sie haben längst eine klare Vision, wie ihr Verfahren künftig genutzt werden soll: Laptops könnten drahtlos aufgeladen werden - oder aber ganz ohne Akkus funktionieren, deren Produktion und Entsorgung ohnehin eine Belastung für die Umwelt darstelle. Stattdessen würden die Rechner ihren Strom aus dem magnetischen Feld im Raum beziehen.
Die Laptops wären somit wirklich drahtlos. Gute Aussichten.
Quelle: Spiegel Online (http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,487536,00.html)