Tesla nasıl onca ampulü kablosuz bir şekilde yaktı?

Elektrik artık kaçınılmaz bir şekilde insan hayatının bir parçası oldu, en basit işlemlerde bile bağımlı olduğumuz bir kaynak haline geldi. Ancak elektrik çoğu kaynak gibi şimdilik sınırlı ve dağıtımı ise maliyetli ve özellikle kabloların yarattığı karmaşa da ayrı bir sorun kaynağı. Bu yazıda bu duruma çözüm getirebilecek ve genelde kablosuz elektrik başlığı altında toplanan teknolojileri ele alacağız.

Kablosuz olarak iletişim kuran bazı cihazlar bunu radyo frekansları üzerinden yapmaktadır. Bu dalgalar normalde bilgi taşımak için kullanılsa da bu bilgi enerjiye çevrilip taşındığı için bunu elektrik taşımak için kullanılmasında bir engel yoktur. Ne yazık ki radyo dalgaları her yöne yayıldığından bu yolla elektrik taşımak hem verimli değildir hem de insanlarda bazı sağlık sorunlarına sebep olabilir.

Elektriği transfer etmenin başka bir yolu transformatörlerdeki manyetik indükleme yöntemi gibi manyetik alanlardan yararlanarak elektriği iletmektir. Transformatörler bilindiği gibi demir bir çubuğun üzerine sarılı kablolardan oluşan iki bobin ile voltajı değiştirmek gibi amaçlarla kullanılmaktadır. Bu sistemde farklı olan şey ise bu bobinler tek başına bir cihazın içinde değil de ayrı ayrı kullanılması. Birinci bobinin içinde olduğu cihaz güç kaynağına bağlandıktan sonra ikinci bobin pile bağlanıp iki alet oluşan manyetik alanın içinde olacak şekilde yaklaştırıldığında ikinci bobinde akım oluşup pilin dolmasını sağlıyor. Bu yöntemin dezavantajı ise oluşan manyetik alana göre fark eden 25-50 santimetre içinde çalışabiliyor olması. Ayrıca ülkeden ülkeye değişen sağlık açısından elektromanyetik alanlara maruz kalma limitleri de sınırlamalardan birini oluşturuyor.

Bu teknolojiye ek olarak rezonans yöntemi ile menzilini arttırmak da mümkündür. Bilindiği gibi rezonansı aynı olan iki cisim birini titreştiren frekansta bir ses (ya da elektromanyetik tayfın herhangi bir frekansındaki dalga) ile etkileşime girdiği zaman titremeye başlar. İşte bu özellikten yararlanarak alıcı ve verici bobinler aynı frekansta ayarlanınca enerji kaybı azaltılarak bir iki metreye kadar menzilini arttırmak mümkün oluyor.

Enerjiyi iletmek için yalnızca manyetizma kullanmak şart değil. Ayrıca elektromanyetik tayfın değişik frekanslarından yararlanmak ta mümkün. 1980'lerde Kanada'daki İletişim Araştırma Merkezi tarafından geliştirilen bir projede sabit yüksek irtifa nakil platformu (SHARP) insansız hava aracı bir iletişim platformu aracıydı. Bu araç bir noktadan bir noktaya uçmak yerine 21 kilometre yukarıda 2 kilometre çapında bir alanda aylarca uçarak görevini yerine getirebiliyor. Bu aracın sırrı yerdeki büyük ve sabit mikrodalga ışınımı kaynağından araca yönlendiren enerji sayesinde havada kalması. Bunun gibi bir teknoloji ile yörüngedeki bir kaynağa ya da kaynaktan enerji aktarımı yapılabilir.

Japon bilim insanlarının önerdiği bir teknoloji çalışırken aynı mikrodalga iletim prensibini kullanıyor, ama bir farkla. Bu sefer ileten istasyon uzayda, tam olarak yerle senkronize (geosynchronous) bir yörüngede, yani yüzeyden yaklaşık 35 km yukarıda bulunmaktadır. Bu yörüngenin özelliği yerle aracın aynı hizada kalmasını sağlamasıdır, bu sayede iletim için gerekli yerdeki ve araçtaki mikrodalga kaynaklarının aynı hizada kalmasını sağlayarak iletimi kolaylaştırmaktadır. Burada araçta bulunan dev güneş panellerinde üretilen enerji iletilmektedir.

Bir GW elektrik üretecek yaklaşık on ton ağırlığında ve birkaç kilometre genişliğinde bir aracın üstesinden gelmesi gereken bir çok sorun bulunmaktadır. Aracın uzayda monte edilmesinden arcın nakliyesine, enerji üretimi ve transferinden aracın dünya ile eş güdümlü hareket etmesine kadar karşılaşılabilecek durumlar için yaratıcı mühendislik çözümleri gerekmektedir. Japon Uzay Keşif Ajansı'nın (JAXA) önerdiği bu proje bilim kurguda çok işlenmiş bir konu olmakla beraber ilk kez gerçekleştirilebilir görünmektedir.

Tüm bu araştırmalardan söz etmişken, büyük mucit Nikola Tesla'dan söz etmemek hata olur. Kendisi, kablosuz elektrik/güç iletimi yapılabileceğini gören ve bunu tüm Dünya'ya ücretsiz elektrik iletiminde kullanılabileceğini ileri süren ilk bilim insanıdır. Tesla, kendi tasarladığı birkaç düzenekle bunun teorik olarak mümkün olabileceğini ispatladığını da ileri sürmüştür. Dahası, yaptığı pratik deneylerle kablosuz olarak ilettiği elektrikle lambaları yakabileceğini tüm Dünya'ya göstermiştir. Bu durumda akla şu soru gelmektedir: iyi de o zaman neden her tarafımızda bu şekilde kablosuz olarak aydınlatılılan lambalar görmüyoruz? Tesla'nın ürettiği söylenen bu kullanışlı teknolojiler nerede?

Bu soruya bilimle pek ilgisi olmayanlar tarafından verilecek cevap, Tesla'nın tasarımlarına ölümü sonrasında Amerikan gizli güçleri tarafından el konulduğu ve elektrik şirketlerini batıracağı için bu tasarımların yok edildikleridir. Yani komplo teorilerine dayanan, asılsız iddialar... Evet, Tesla'nın tasarımlarının büyük bir kısmına el konulmuştur; ancak bunların önemli bir kısmı yeniden yayınlanmıştır. Tesla'nın özellikle ömrünün son dönemlerindeki tasarımlarının işe yaramaz ve hatalı oldukları görülmektedir. Ancak Tesla Bobini gibi bazı diğerleri işlevseldir ve müzelerde sergilenmektedir. Tasarımlarının bir kısmı ise gerçekten "kaybolmuştur" ya da belki de gizlice yürütülen askeri projelerde kullanılmaya devam etmektedir. Fakat Tesla'nın bundan asırlar önce yaptıklarını günümüz teknolojisiyle tekrar etmek, yeniden tasarlamak çok basittir. Artık Tesla'nın bildiğinden kat kat fazla temel ve mühendislik bilimi bilgisine sahibiz. Dolayısıyla etrafımızın Tesla'nın sistemleriyle aydınlatılmıyor olmasının nedenini "tasarımlarının çalınmasında" aramak kolaya kaçmak olacaktır.

Yazımızın başında da kısaca değindiğimiz gibi, bunun en temel nedeni verimliliğin düşüklüğüdür. Enerjiyi kablosuz olarak iletebilirsiniz iletmesine, bunda hiçbir sıkıntı yok. Ancak Tesla'nın öngördüğü sistemlerdeki sorun, enerjinin tek bir yönde değil, tüm yönlerde iletilecek olmasıdır. Bir noktada odaklanan enerji, diğer bir noktaya aktarılmak istendiğinde, kaynaktan çıkan enerji dört bir yana doğru yayılmaktadır. Fakat alıcı, her yerde değildir; tek bir noktadadır. Bu, müthiş bir enerji ve verimlilik kaybı demektir. Dahası, kaynaktan çıkan elektrik, kat ettiği mesafenin karesiyle orantılı olacak şekilde azaldığı için yine aktarılmak istenen enerjinin çok büyük bir kısmı boşa gidecektir. İşte tam olarak bu nedenle kabloları kullanırız! Kablolar, elektriği (daha doğrusu elektronları) tek bir yöne doğru akmaya zorlar. Ayrıca etrafları da yalıtımlı olduğu için enerji kayıpları en aza indirilmiş olur. Böylece çok verimli bir şekilde elektrik aktarılabilir; fakat tabii ki "kablosuz aktarım"da olduğu kadar yüksek teknoloji ve fütüristik bir görüntü ortaya çıkmaz.

Güç iletimi bir sorun teşkil ediyor ve bu sorunun birden çok çözümü bulunmaktadır. Ancak bu yöntemlerden sadece en verimli olanları kullanıma geçebilecek. Ve bu teknolojiler geleceği ve hayatlarımızı şekillendirecek. Bu yöntemleri uygulayanlar da bu sayede hayatlarımız üzerinde söz sahibi olacaktır. Teknoloji geliştirmek önemli ve bunun gibi araştırma alanları en çok fırsat yaratacak yatırım alanlarından biridir. Bu yüzden ne olduklarını ve nasıl çalıştıklarını bilmek gereklidir.