Kai telefonas kraunasi be laidų – magija ar mokslas?
Prisimenu, kaip prieš keletą metų pirmą kartą pamačiau belaidį kroviklį draugo namuose. Tiesiog padėjo telefoną ant tokios plokštelės, ir ekrane užsidegė ženkliukas, kad prietaisas kraunasi. Jokių laidų, jokio kišimo į lizdą. Atrodė kaip kažkas iš mokslinės fantastikos filmo. O dabar tokių kroviklių pilna visur – nuo kaviniukų stalų iki automobilių salonų. Bet kaip gi tas dalykas iš tikrųjų veikia?
Atsakymas slypi elektromagnetizmo principuose, kuriuos mokslininkai tyrinėja jau daugiau nei šimtmetį. Belaidis įkrovimas nėra jokia naujovė – šis principas buvo žinomas dar XIX amžiuje, tik dabar mes sugebėjome jį pritaikyti taip, kad tilptų į ploną plastikinę plokštelę ant jūsų darbo stalo.
Elektromagnetinės indukcijos pagrindai
Viskas prasideda nuo elektromagnetinės indukcijos – reiškinio, kurį atrado Michaelas Faraday dar 1831 metais. Esmė paprasta: kai elektros srovė teka per laidininką (pavyzdžiui, varinį laidą), aplink jį susidaro magnetinis laukas. O jei tą magnetinį lauką nukreipsi į kitą laidininką, jame pradeda tekėti elektros srovė. Nereikia jokio fizinio kontakto – energija perduodama per orą.
Belaidžiame kroviklyje šis principas pritaikomas labai elegantiškai. Pačiame krovimo pade (toje plokštelėje, ant kurios dedame telefoną) yra įmontuota ritė – tiesiog daug kartų apvyniotas varinių laidų ritinys. Kai prijungiate kroviklį į elektros lizdą, per šią ritę pradeda tekėti kintamoji elektros srovė. Ir štai čia prasideda magija – ta srovė sukuria kintamą magnetinį lauką, kuris sklinda virš kroviklio paviršiaus.
Jūsų telefone, jei jis palaiko belaidį krovimą, taip pat yra analogiška ritė. Kai padėjus telefoną ant kroviklio, jo ritė patenka į tą magnetinį lauką. Pagal Faradėjaus dėsnį, kintamas magnetinis laukas telefono ritėje indukuoja elektros srovę. Ši srovė toliau nukreipiama į telefono bateriją, ir prietaisas kraunasi.
Kodėl telefonas turi būti taip arti kroviklio?
Turbūt pastebėjote, kad telefoną reikia padėti tiksliai ant krovimo pado – net kelių centimetrų poslinkis gali nutraukti krovimą. Tai ne kroviklio defektas, o fizikos dėsnis. Magnetinio lauko stiprumas labai greitai silpnėja didėjant atstumui. Praktiškai efektyvus belaidžio krovimo atstumas yra tik apie 5-10 milimetrų.
Būtent todėl telefoną reikia padėti tiesiog ant kroviklio, o ne kažkur šalia. Kai kurie naujesni krovikliai turi kelis magnetinius ritės sluoksnius arba didesnes rites, leidžiančias šiek tiek laisviau dėlioti prietaisą, bet vis tiek reikia tiesioginio kontakto su paviršiumi.
Kai kurie žmonės klausia, ar negalima būtų padaryti belaidžio krovimo, kuris veiktų per kambarį, kaip Wi-Fi? Teoriškai – taip, bet praktiškai tai būtų neefektyvu ir potencialiai pavojinga. Reikėtų tokio stipraus elektromagnetinio lauko, kad energijos nuostoliai būtų milžiniški, o poveikis kitiems elektroniniams prietaisams – nenuspėjamas.
Standartai ir suderinamumas
Belaidžio krovimo pasaulyje egzistuoja keli pagrindiniai standartai, bet vienas aiškiai dominuoja – Qi (tariama „či”). Šį standartą sukūrė Wireless Power Consortium organizacija, ir šiandien jį palaiko dauguma telefonų gamintojų – nuo Samsung iki Apple.
Qi standartas apibrėžia, kaip turi būti sukonstruotos tos ritės, kokio dažnio srovė turi tekėti (paprastai apie 110-205 kHz), kokia galia gali būti perduodama. Standartiniai Qi krovikliai gali perduoti nuo 5 iki 15 vatų galios, nors naujesni modeliai jau pasiekia 30 vatų ribą.
Yra ir kitų standartų – pavyzdžiui, PMA (Power Matters Alliance) ar Rezence, bet jie gerokai mažiau paplitę. Apple kurį laiką bandė įdiegti savo MagSafe sistemą, kuri iš esmės yra tas pats Qi, tik su papildomomis magnetais, padedančiais tiksliai sulygiuoti telefoną su krovikliu.
Praktiškai tai reiškia, kad bet kuris Qi sertifikuotas telefonas turėtų veikti su bet kuriuo Qi krovikliu. Tiesa, krovimo greitis gali skirtis – jei jūsų telefonas palaiko 15W belaidį krovimą, bet kroviklis gali duoti tik 5W, krausis lėčiau. Ir atvirkščiai – jei kroviklis galingas, bet telefonas palaiko tik mažesnę galią, sistema automatiškai prisitaiko prie mažesnės.
Efektyvumas ir energijos nuostoliai
Štai čia prasideda ne tokia graži belaidžio krovimo pusė. Energijos perdavimas be laidų nėra toks efektyvus kaip su laidais. Kai kraunate telefoną įprastu laidu, į bateriją patenka apie 85-95% energijos iš elektros lizdo. Likusi dalis pavirsta šiluma adapterio viduje.
Su belaidžiu kruvimu efektyvumas krenta iki 70-80%, o kai kuriais atvejais – net iki 50-60%. Tai reiškia, kad beveik pusė energijos tiesiog išsisklaidžia kaip šiluma. Būtent todėl belaidžiai krovikliai ir telefonai ant jų kartais būna gana karšti.
Kur dingsta ta energija? Daugiausia – magnetinio lauko nuostoliuose. Ne visa magnetinio lauko energija patenka į telefono ritę; dalis išsisklaidžia į aplinką. Taip pat energija prarandama dėl varžos laiduose, dėl netobulo ritės sulygiavimo, dėl elektronikos komponentų neefektyvumo.
Ar tai reiškia, kad belaidis krovimas yra ekologiškai nedraugiškas? Na, jei žiūrėtume griežtai, tai taip – jis švaisto daugiau energijos. Bet praktiškai skirtumas nėra toks dramatiškas. Jei telefonas per metus suvartoja, sakykim, 5-10 kWh energijos krovimui, tai papildomi nuostoliai dėl belaidžio krovimo būtų gal 2-3 kWh per metus. Tai atitinka maždaug vieną eurą elektros sąskaitoje.
Saugumas ir sveikata
Vienas dažniausių klausimų – ar tas magnetinis laukas nėra kenksmingas? Ar nesugadins kredito kortelių? Ar nepavojingas sveikatai?
Pradėkime nuo to, kad Qi standarto magnetinis laukas yra palyginti silpnas ir veikia labai mažame plote. Jis neturėtų paveikti kredito kortelių ar kitų magnetinių juostelių, jei jos nėra tiesiogiai tarp telefono ir kroviklio. Tiesą sakant, šiuolaikinės kredito kortelės dažniausiai turi RFID lustus, o ne magnetines juosteles, tai dar mažiau jautrūs.
Dėl sveikatos – elektromagnetinio lauko stiprumas greitai mažėja su atstumu. Jau kelių centimetrų atstumu nuo kroviklio laukas tampa nereikšmingas. Moksliniai tyrimai iki šiol nerado jokių įrodymų, kad tokio tipo ir stiprumo elektromagnetiniai laukai būtų kenksmingi žmogui.
Kita saugumo problema – perkaitimas. Kadangi belaidis krovimas generuoja daugiau šilumos, yra teorinis pavojus, kad telefonas gali perkaisti. Tačiau šiuolaikiniai prietaisai turi temperatūros jutiklius ir automatiškai sulėtina ar sustabdo krovimą, jei temperatūra tampa per aukšta. Tai normalu – kartais pastebėsite, kad belaidis krovimas sustoja ar lėtėja, kai telefonas įkaista.
Dar viena smulkmena – metaliniai objektai. Jei tarp kroviklio ir telefono pateks metalinis daiktas (pavyzdžiui, raktas, moneta), jis gali stipriai įkaisti, nes magnetinis laukas indukuos jame srovę. Daugelis šiuolaikinių kroviklių turi apsaugą nuo svetimų objektų – jie aptinka, kad kažkas ne taip, ir išsijungia.
Praktiniai patarimai naudojant belaidį kroviklį
Jei planuojate įsigyti ar jau turite belaidį kroviklį, štai keletas patarimų, kaip jį naudoti efektyviausiai:
Pirma, nuimkite storus dėklus. Nors daugelis belaidžių kroviklių veikia ir per dėklą, storis neturėtų viršyti 3-5 milimetrų. Metaliniai ar su magnetinėmis juostelėmis dėklai tikrai trukdys krovimui.
Antra, stebėkite temperatūrą. Jei telefonas ant kroviklio tampa labai karštas, tai nėra normalu. Galbūt kroviklis per galingas jūsų telefonui, arba aplinka per karšta. Pabandykite perkelti kroviklį į vėsesnę vietą, atokiau nuo tiesioginių saulės spindulių.
Trečia, sulygiavimas svarbu. Jei telefonas kraunasi lėtai ar nuolat nutrūkinėja krovimas, tikriausiai jis neidealia padėtas ant kroviklio. Kai kurie krovikliai turi LED indikatorius, kurie parodo, ar telefonas teisingai sulygiuotas.
Ketvirta, neskubėkite. Belaidis krovimas paprastai lėtesnis nei laidinis, ypač jei naudojate standartinį 5W kroviklį. Jei skubate ir reikia greitai įkrauti telefoną, geriau naudokite laidinį kroviklį su greito krovimo funkcija.
Penkta, naudokite kokybišką adapterį. Belaidis krovimo padas pats savaime yra tik „tarpininkas” – jam vis tiek reikia gauti energiją iš elektros lizdo per adapterį. Jei naudosite silpną ar prastos kokybės adapterį, krovimas bus lėtas ar netgi neveiks.
Ateities perspektyvos ir naujos technologijos
Belaidžio krovimo technologija nuolat tobulėja. Jau dabar rinkoje atsiranda kroviklių, galinčių krauti kelis prietaisus vienu metu – telefoną, išmaniuosius laikrodžius, ausines. Tai patogu, nes ant vieno pado galite padėti visus savo įrenginius.
Automobilių pramonė taip pat aktyviai diegia belaidį krovimą. Daugelis naujų automobilių turi integruotus belaidžius kroviklius centre konsolėje ar netgi priekinėje panelėje. Kai kurios kompanijos eksperimentuoja net su belaidžiu elektromobilių kruvimu – įsivaizduokite, kad tiesiog pastatote automobilį virš specialios plokštės garaže, ir jis automatiškai kraunasi be jokių laidų.
Viena įdomesnių naujovių – „tikrasis” belaidis krovimas per atstumą. Kelios kompanijos kuria sistemas, kurios galėtų krauti prietaisus per kelis metrus atstumu naudodamos sutelktus radijo bangas ar ultragarsą. Kol kas tai dar eksperimentinės technologijos, bet galbūt po dešimtmečio galėsime krauti telefonus tiesiog būdami tame pačiame kambaryje su krovikliu.
Taip pat tobulėja efektyvumas. Naujesni standartai ir technologijos mažina energijos nuostolius, padidina krovimo greitį. Jau yra prototipų, kurie pasiekia 30-40 vatų galią belaidžiu būdu – tai jau prilygsta daugelio laidinių kroviklių greičiui.
Kai technologija tampa kasdieniu patogumu
Belaidis krovimas puikiai iliustruoja, kaip seniai žinomi fizikos principai gali tapti patogiais kasdieniais įrankiais. Nuo Faradėjaus eksperimentų su magnetais ir ritėmis iki elegantiškos plokštelės ant mūsų darbo stalo praėjo beveik du šimtmečiai, bet esmė liko ta pati – elektromagnetinė indukcija.
Ar belaidis krovimas yra tobulas? Ne, jis vis dar lėtesnis ir mažiau efektyvus už laidinius atitikmenis. Bet jis suteikia patogumą – tiesiog padedi telefoną ant stalo ir jis kraunasi. Nereikia ieškoti laido, nereikia kišti į lizdą, nereikia rūpintis, kad išsitrinę kontaktai ar sulūžęs laidas. Ypač patogu naktį – padėjai telefoną ant naktiniu stalelio ir viskas.
Technologija tobulės toliau. Galbūt ateityje belaidis krovimas taps tokia pat savaime suprantama dalimi kaip Wi-Fi ar Bluetooth. Galbūt mūsų namai bus aprūpinti belaidžio krovimo paviršiais stalų, spintelių, net grindų pavidale. O gal atsirado visiškai naujos technologijos, kurios padarys dabartinį belaidį krovimą tokį pat atgyvenusį kaip disketes.
Bet šiandien, kai dėjate savo telefoną ant to nedidelio pado ir matote, kaip jis pradeda krautis, galite žinoti – tai ne magija, o gražus fizikos dėsnių pritaikymas praktikoje. Ir tai veikia tikrai gerai.