Как понять беспроводное электричество?

Под беспроводным электричеством чаще всего подразумевают беспроводную передачу энергии (ну, там, всякие байки про Теслу и прочее в том же духе...).

Значит, два момента. Во-первых, такое таки да, применяется широко, но в небольших масштабах (в чисто геометрическом значении) - для зарядки всяких мелких девайсов, чаще всего мобильных - телефоны, часы, фитнес браслеты и прочая мелочёвка. Принцип банальный - передача энергии по радиоволне. С системой передачи данных по протоколу NFC ничего общего. В NFC передача идёт на частоте 13,56 МГц (это нелицензируцемая частота, на ней кто угодно может работать, при разумных ограничениях на мощность), а системы беспроводной зарядки, согласно специфиации консорциума Qi (читается как "ци"), работают на 100-205 кГц.

И по своему устройству это банальный трансформатор с выпрямителем. Одна обмотка находится в заряжаемом устройстве, вторая - в зарядной станции:

Если обе обмотки находятся достаточно близко друг у другу, то во вторичной наводится эдс, достаточная для выпрямления и питания внутреннего контроллера зарядки.

Если ж отвлечься от конкретики и поговорить о беспроводной передаче "вообще", то тут возниакют серьёзные ограничения, из-за которых такая передача в промышленных масштабах, скорее всего, никогда не появится. За исключением экзотических решений типа орбитальных солнечных энергостанций с передачей энергии на Землю по СВЧ-каналу.

Причина банальна: уравнения Максвелла. Передача энергии с помощью электромаггнитных волн подчиняется законам распространения этих волн (сюрпрайз!). А значит, а) возможна только в пределах прямой видимости, б) подвержена дифракционной расходимости, и в) должна выполняться теорема Ламберта.

С прямой видимостью понятно: электромагнитные волны распространяются от источника по прямой. По этой же причине приём эфирного ТВ и FM-станций возможен только в пределах прямой видимости радиовышки. Искривление на СВ и ДВ связаны со взаимодействием волны и земной поверхности, а дальная связь на КВ - результат отражений от ионосферы. Так что хотите передавать энергию на 100 км - будьте любезны расположить антенны на высоте 200-300 метров.

Теорема Ламберта гласит, что яркость изображения не может превышать яркость источника. То есть не удастся сконцентрировать принимаемый поток энергии до плотности, превыщающей плотность энергии на срезе передающей антенны.

Дифракционная расходимость вызывается конечными размерами антенн. Это тот самый эффект, с помощью которого Гюйгенс объяснил прямолинейное распространение света ещё три с половиной века назад: каждую точку волнового фронта можно считать источником сферической волны. Если у нас есть плоский волновой фронт, то все "боковые" направления в итоге компенсируют друг друга за счёт интерференции, а в направлении "строго вперёд", напротив, компенсируется вклад от всех других точек (подробности есть в любом учебнике по физической оптике). Но это всё хорошо только пока у нас бесконечно большой (неограниченный) волновой фронт. Если же источник плоской волны - конечного размера, то его края излучают, как и гласит принцип Гюйгенса, во все стороны, но при этом то, что излучается "вбок", за пределы контура антенны, должным образом не компенсируется. Так и возникает расхождение луча даже от идельной параболической антенны (расхождение лазерного луча вызвано тем же самым - конечным размером излучателя). Угол расхождения примерно равен отношению длины волны к диаметру (апертуре) источника. Если, к примеру, взять излучение с частотой 10 ГГц (максимальная частота в пределах окна прозрачности атмосферы), с длиной волны 3 см, то для антенны диаметром 10 метров получится угол расхождения порядка 0,01 радиана, или, грубо, полградуса. То есть на расстоянии 10 км излучение такой антенны чисто за счёт дифракционной расходимости расплывётся в пятно размером 100-200 метров.

И эти два физическиих закона - самые главные препятствия на пути передачи больших потоков энергии. Как видите, чтобы с минимальными потерями передавать энергию на значительные расстояния, нужна система довольно часто расположенных антенн, каждая из которых будет вносить свои потери, ну хотя б из-за не равного 1 коэффициента отражения и неидеальной концентрации энергии. И это даже не говоря о том, что сам такой тракт - фактически открытая СВЧ-печь, которую фиг изолируешь, например, от пролетающих ворон и голубей. Тушки которых, прилично прожаренные, можно будет собирать по всей такой линии. И не говоря о том, что преобразование "первичной" электроэнергии, от генератора, в СВЧ-поток и потом обратное преобразование в "нормальное" электричество постоянного тока или промышленной частоты идёт с кпд, существенно меньшем единицы.

А всякие байки про Теслу - байки и есть. Тесла, в отличие от безграмотных обывателей и столь же безграмотных журналистов, физику знал. И то, что он демонстрировал в пределах лаборатории, по сути было большой-большой, размером с комнату, "беспроводной зарядкой". Не более того.