Jak wytworzyć energię elektryczną z fal radiowych

Energia fal radiowych

W środowisku miejskim panuje ogromna liczba fal radiowych pochodzących z nadajników komercyjnych i rządowych – ich moc może sięgać kilowatów. Choć nie da się z nich uzyskać wystarczającej ilości energii, aby zasilić dom, można je wykrywać przy pomocy czułego sprzętu elektronicznego. Każda antena zamienia fale radiowe w prąd elektryczny, choć w bardzo małych ilościach.

Jak działa emisja

Typowy nadajnik radiowy emituje od kilku watów (FM) do 50 000 W (silne stacje AM). Energia rozchodzi się w postaci kulistej fali, a jej natężenie maleje zgodnie z prawem odwrotnego kwadratu – podwojenie odległości od źródła powoduje spadek natężenia do jednej czwartej. Według Federalnej Komisji Łączności, maksymalne pole elektryczne w odległości 1 km od nadajnika 50 kW wynosi zaledwie 394 mV/m, a rzeczywista wartość jest jeszcze niższa ze względu na absorpcję przez drzewa, budynki i wilgoć powietrza.

Antenna

Metal w antenie przetwarza sygnały radiowe na prąd; im dłuższa antena, tym silniejszy odbiór. Przenośne radia mają krótkie anteny i pobierają jedynie śladowe ilości energii, którą następnie wzmacnia wzmacniacz, umożliwiając odsłuch. Aby zebrać energię, potrzebny jest przewód izolowany o długości co najmniej 6 m (20 ft). Należy go umieścić z dala od metalowych mebli, aluminiowej okładziny i innych dużych obiektów metalowych, które mogą blokować sygnał. Drugi przewód podłączamy do solidnej masy ziemi, np. zimnej rury wodnej. Różnica potencjałów między anteną a masą można zmierzyć przy pomocy przyrządów elektronicznych.

Oscyloskop

Oscyloskop jest wystarczająco czuły, aby zobaczyć i zmierzyć energię pochodzącą z fal radiowych. Podłącz „gorący” przewód anteny do sondy wejściowej, a przewód masowy do klipsa uziemienia. Ustaw zakres pionowy na 1 V na podział. Na ekranie pojawi się charakterystyczny wzór „białego szumu”, będący sumą sygnałów z wielu źródeł. W razie potrzeby zwiększ czułość, np. do 200 mV na podział, aby uzyskać wyraźniejszy obraz.

Dioda i galwanometr

Prąd pobrany z fal radiowych jest wysokoczęstotliwościowym prądem przemiennym. Aby wykorzystać go jako energię, należy najpierw przekształcić go w prąd stały przy pomocy diody, która przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku. Anodę małej diody podłączamy do przewodu antenowego, a katodę do jednego zacisku galwanometru. Drugi zacisk podłączamy do przewodu masowego – igła galwanometru powinno wtedy wskazać niewielki prąd stały.

Bezpieczeństwo

Ze względu na bardzo małą moc fal radiowych, eksperymenty z anteną są generalnie bezpieczne. Należy używać przewodów izolowanych, unikać kontaktu z gniazdkami, liniami wysokiego napięcia i innymi oczywistymi źródłami prądu. Nigdy nie pracuj przy burzy – piorun może indukować wysokie napięcie w długiej antenie, co grozi uszkodzeniem sprzętu i porażeniem.

Zastosowania

Uzyskany prąd jest zbyt mały, aby zasilić żarówkę czy silnik. Jednak przy napięciu około 1,5 V uzyskanym z anteny i diody można powoli ładować małą akumulatorową baterię niklowo‑metalowo‑wodorową. Po kilku godzinach lub dniach akumulator może zgromadzić wystarczającą energię, by uruchomić radio lub inny niewielki odbiornik.