Elektrizität

Strom ohne Kabel und Draht

Von Manfred Lindinger
14.06.2007
, 12:49
Kabel ade: Die Lampe leuchtet auch ohne
Nikola Tesla hatte vor rund hundert Jahren einen Traum. Heute wird er wahr: Oszillierende Magnetfelder übertragen elektrische Energie ganz ohne Kabel. Mithilfe der induktiven Kopplung konnten Wissenschaftler vom MIT Strom durch die Luft und durch Wände schicken.
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Von der drahtlosen Verbreitung elektrischer Energie träumte um 1900 schon der Elektro-Pionier und Erfinder Nikola Tesla, noch bevor die ersten Stromnetze die Städte mit Elektrizität versorgten. Als Medium wollte er die Luft nutzen, von der man bereits damals wusste, dass sie bei hohen Spannungen leitend wird. 1899 installierte der gebürtige Kroate auf dem Colorado-Plateau eine 70 Meter hohe Sendestation. Die elektrische Energie wollte er mit einem speziellen Transformator erzeugen, der in der Lage war, Spannungen bis zu 20 Millionen Volt zu generieren.

Damit konnte er zwar 30 Meter lange Blitze durch die Luft schicken, sein Versuch, die elektrische Energie mit einer zweiten rund tausend Meter weiter entfernten Empfangsstation aufzufangen, scheiterte aber. Mehr als hundert Jahre später hat nun eine amerikanische Forschergruppe die Idee Teslas wiederaufleben lassen und eine normale Glühlampe aus zwei Meter Entfernung zum Leuchten gebracht.

Induktive Kopplung

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In Zeiten von akkubetriebenen Mobiltelefonen, MP3-Playern und anderen tragbaren Kleingeräten ist die Idee Teslas aktueller denn je. Schließlich könnte sie das lange Aufladen über meterlange Netzkabel überflüssig machen. In einigen Anwendungen nutzt man bereits Radio- und Mikrowellen für die Stromversorgung. Da sich elektromagnetische Felder normalerweise in alle Richtungen ausbreiten und mit der umgebenden Materie wechselwirken, sind sie als Energiequelle allerdings nur bedingt geeignet.

Pionierexperiment am MIT: Sende- und Empfängerspule hängen zwei Meter auseinander
Pionierexperiment am MIT: Sende- und Empfängerspule hängen zwei Meter auseinander Bild: MIT

Die Wissenschafter vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge nutzen zur Energieübertragung statt elektromagnetischer Strahlung das Phänomen der induktiven Kopplung, das man auch bei Transformatoren verwendet. Ändert sich die Stromstärke in einem Leiter, wird ein Magnetfeld erzeugt, das in einem zweiten benachbarten Leiter eine Spannung induziert. Die induktive Kopplung funktioniert normalerweise nur über Distanzen von wenigen Zentimetern. Um über größere Distanzen elektrische Energie aus Magnetfeldern entnehmen zu können, haben die Forscher um André Kurs einen Resonanzeffekt genutzt.

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Geringe Verluste

Der Versuchsaufbau ist denkbar einfach. Er besteht im Wesentlichen aus zwei baugleichen Kupferspulen mit einem Durchmesser von jeweils 60 Zentimetern. In der einen erzeugt eine hochfrequente Spannungsquelle durch Induktion ein oszillierendes Magnetfeld, das zehn Millionen Mal in der Sekunde seine Polarität wechselt.

Magnetische Felder, die mit dieser Frequenz schwingen, breiten sich über mehrere Meter aus, ohne größere Verluste beim Kontakt mit Materie zu erleiden. Die zweite, zwei Meter entfernte Spule ist auf die Frequenz der Sendespule exakt abgestimmt, so dass das ankommende magnetische Wechselfeld die Elektronen in ihren Windungen zu Schwingungen anregt, was wiederum eine Spannung induziert.

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Kaum ein Gesundheitsrisiko

Als sichtbares Zeichen, dass die drahtlose Energieversorgung tatsächlich funktioniert, haben Kurs und seine Kollegen an die Empfangsspule eine 60-Watt-Glühbirne gekoppelt. Diese begann hell aufzuleuchten, sobald die Forscher die Spannungsquelle an der Sendespule einschalteten. Daran änderte sich nichts, als man eine massive Wand zwischen die beiden Spulen stellte. Die Helligkeit der Lampe änderte sich dadurch kaum, wie die Forscher in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Science“ (doi: 10.11216/sience.1143254) berichteten. Messungen zeigten, dass etwa 40 Prozent der Energie, die man in die erste Spule induzierte, die zweite erreichte.

Ob das Verfahren tatsächlich eines Tages die Stromkabel bei der Energieversorgung ablöst, wie es den Forschern vorschwebt, ist noch völlig offen. Eines scheint zumindest sicher: Der Gesundheit droht von den oszillierenden Magnetfeldern offenkundig keine Gefahr. Bei Frequenzen von neun bis zehn Millionen Hertz dringen magnetische Felder nicht tief in den menschlichen Körper ein.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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