生活中一提到充電 ， 您第一反應是不是要用充電器和充電線 。 近幾年來多款“無線充電器”上市 ， 可以做到“隔空”充電 ， 這其中用到了怎樣的原理和技術呢？
早在1899年 ， 物理學家尼古拉·特斯拉就已經開始對無線輸電的探索 。 他在紐約建造了無線電能發射塔 ， 并構想出了無線輸電方法：把地球作為內導體、地球電離層作為外導體 ， 通過放大發射機以徑向電磁波振蕩模式 ， 在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振 ， 再利用環繞地球的表面電磁波來傳輸能量 。
雖然這一構想在當時沒有實現 ， 但卻是百年前科學家對無線充電的一次大膽探索 。 現如今 ， 人們在此基礎上不斷研究和試驗 ， 成功研制出了無線充電技術 ， 最初的科學構想在逐步落地 。
無線充電是一種采用非物理接觸方式來實現電能傳輸的技術 。 目前常見的電能無線傳輸技術有三種 ， 分別是電磁感應式、電磁共振式、無線電波式 。 其中電磁感應式是目前應用較為廣泛的一種方式 ， 不僅充電效率高 ， 成本也低 。
電磁感應式無線充電技術的工作原理是：在無線充電底座上安裝發射線圈 ， 在手機背面安裝接收線圈 ， 當手機靠近充電座充電時 ， 發射線圈因接入了交流電 ， 會產生交變磁場 。 磁場的變化會讓接收線圈內產生感應電流 ， 從而將能量從發射端轉移到接收端 ， 并最終完成充電過程 。
電磁感應式無線充電方式的充電效率高達80% ， 弊端就是只能短距離充電 ， 充電設備需緊貼在一起 。 為了解決這一問題 ， 科學家開始了新的嘗試 。 2007年 ， 美國的一個研究小組成功利用電磁共振技術點亮了一個距離電源約2米的60瓦電燈泡 ， 電能傳輸效率達到40% ， 開啟了電磁共振式無線充電技術的研發熱潮 。 電磁共振式無線充電技術的原理與聲音的共振原理相同：將一個能量發送裝置和一個能量接收裝置調整到一個相同的頻率上 ， 共振時可以交換彼此的能量 ， 這樣一個裝置中的線圈就可以遠距離向另一個裝置中的線圈傳遞電能 ， 完成充電 。 電磁共振式無線充電技術打破了電磁感應式近距離傳輸的限制 ， 將充電距離最大延長至了3至4米 ， 并且充電時還擺脫了接收設備必須使用金屬材質的限制 。
為了進一步增加電能無線傳輸的距離 ， 科研人員又開發了無線電波式充電技術 。 其原理是：由一個微波發射裝置和一個微波接收裝置完成無線電力傳輸 ， 發射裝置可以安裝在墻壁的插頭內 ， 接收裝置可以安裝在任何低電壓產品上 。 微波發射裝置發射射頻信號后 ， 接收裝置可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量 ， 通過檢波、高頻整流后得到穩定的直流電 ， 供負載使用 。
與傳統充電方式相比 ， 無線充電技術一定程度上打破了時間和空間的限制 ， 為我們的生活帶來了諸多的便利 ， 相信隨著無線充電技術和相關產品的進一步發展 ， 未來會有更加廣闊的應用前景 。
本文由北京市第六十五中學一級教師胡曉艷進行科學性把關 。
本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創 ， 轉載時務請注明出處 。
【“無線充電器”是如何做到隔空充電的？】作者： 謝君
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