W oczekiwaniu na Zweisteina i Dreisteina

To jest ostatni artykuł pierwszej części Radiowej Oślej Łączki. Zawiera obszerne wyjaśnienia związanych z elektrycznością wątpliwości, które nurtują wielu elektroników i nie tylko elektroników. Końcowa część artykułu zawiera też niecodzienne wprowadzenie pojęcia rezystancji i impedancji.

W ramach Radiowej Oślej Łączki trzeba omówić trzy następujące najważniejsze kwestie: zawsze bezprzewodowy transfer energii elektrycznej, także w przypadku prądu stałego, zjawiska falowe oraz problem dopasowania. Niniejszy artykuł zamyka omawianie pierwszej z tych kwestii.

W artykule zawarte są argumenty i informacje, które porządkują kwestię bezprzewodowego przesyłania energii przez pole elektromagnetyczne i które mają przekonać licznych wątpiących.

„Energia przewodowa” i „energia bezprzewodowa”?

Niniejszy artykuł ma numer A029, a kwestie bezprzewodowego przesyłania energii omawiam począwszy od artykułu A020 Prąd płynie w przewodach, a jak przepływa energia?. Komentarze do moich filmów na ten temat wskazują, że sporo osób nadal ma wątpliwości co do szczegółów. Wielu chętnie uznaje, że to jest prawda dla wysokich częstotliwości, że przy wysokich częstotliwościach energia elektromagnetyczna rzeczywiście przekazywana jest bezprzewodowo. Jednak trudno im zaakceptować fakt, że tak samo jest przy małych częstotliwościach, w szczególności przy prądzie stałym, gdy wykorzystujemy przewody.

Niektórzy gotowi są uznać, a nawet już mają w głowie koncepcję „dwóch energii”, dwóch rodzajów energii: „energii elektrycznej przewodowej” oraz „energii elektromagnetycznej bezprzewodowej”. Według takiej fałszywej klasyfikacji o sposobie przekazywania energii decyduje to, czy wykorzystany został przewód, czy nie (jeżeli wykorzystujemy przewody, to one prowadzą energię, a jeśli nie ma przewodów, to potrzebne są anteny).

To jest zbyt prosty pomysł, bo nie obejmuje takiego „dziwactwa” jak falowód, który należałoby uznać jako ogniwo pośrednie między przewodowym i bezprzewodowym przekazywaniem energii.

Słaby punkt takiego prostego wyobrażenia obnaża podany już w artykule A026 przykład „przejściówki” z kabla koncentrycznego na falowód.

Otóż oczywiste jest, że w technice radiowej energia jest przekazywana bezprzewodowo, wypromieniowana jest przez anteny nadawcze i rozchodzi się „w powietrzu”. Nie trzeba chyba też nikogo przekonywać, że w falowodzie energia (fal elektromagnetycznych – mikrofal) także jest przekazywana „w powietrzu” wewnątrz falowodu i że metalowy falowód nie przewodzi energii elektrycznej, tylko zgodnie ze swą nazwą wiedzie, czyli prowadzi w swoim wnętrzu fale elektromagnetyczne, i że to one niosą energię.

A kabel koncentryczny, powszechnie wykorzystywany w systemach wysokiej częstotliwości?

Nie trzeba zagłębiać się we wszystkie szczegóły równań telegrafistów, wyprowadzonych przez genialnego Heaviside’a. Dość łatwo też zaakceptować fakt, że kabel koncentryczny ma jakąś rezystancję (impedancję) charakterystyczną, której wartość wynika z rozmiarów geometrycznych oraz z właściwości dielektryka w kablu. I nietrudno zgodzić się z tym, że także w kablu koncentrycznym przy wysokich częstotliwościach energia jest przekazywana w postaci fali elektromagnetycznej rozchodzącej się właśnie w dielektryku kabla. A potwierdza to bardzo silnie budowa przejściówki sprzęgającej kabel z falowodem – przykład na fotografii 1 (z oferty Aliexpress), w której „nic nie ma”.

Według przedstawionego fałszywego wyobrażenie „dwóch energii” w takiej przejściówce należałoby się spodziewać jakiegoś solidnego przetwornika „energii elektrycznej przewodowej” na „energię elektromagnetyczną bezprzewodową” (i na odwrót).

A czegoś takiego tam nie ma. Nie ma właśnie dlatego, że energia zawsze, także w kablu koncentrycznym, przekazywana jest bezprzewodowo i przechodzi z dielektryka w kablu do wnętrza falowodu, a decydującym czynnikiem są rozmiary geometryczne, co wiąże się z długością fali elektromagnetycznej.

Złącze kabel – falowód jest bardzo mocnym dowodem bezprzewodowego przekazywania energii także w kablach, nie tylko zresztą koncentrycznych. Ale tu obrońcy „dwóch energii” mają kolejny pomysł…

„Graniczna częstotliwość bezprzewodowa”?

Sporo osób twierdzi, co widać też w komentarzach do moich poprzednich filmów, że bezprzewodowe przekazywanie energii dotyczy wyłącznie wysokich częstotliwości. Gotowi są zgodzić się, że także przy wykorzystaniu kabli – przewodów, energia jest przekazywana bezprzewodowo, ale tylko przy wysokich częstotliwościach, czyli w przypadku fal radiowych.

Słaby punkt takiego poglądu obnaża pytanie: przy jak wysokich? Jaka jest granica między bezprzewodowym i przewodowym przekazywaniem energii? Jaka jest „graniczna częstotliwość bezprzewodowa”?
(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w marcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 3/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 3/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 3/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.