【導(dǎo)讀】誰(shuí)說(shuō)充電一定要接電線？只要讓手機(jī)和充電器“心電感應(yīng)”一下，就可以充電了！這么厲害的科技背后有什么原理呢？讓我們一起來(lái)探究其中奧妙。
每次給手機(jī)、電腦，或者其他各種電器充電時(shí)，總是要接一條充電線，充電線一多，還常常接錯(cuò)，實(shí)在非常麻煩。幸好，現(xiàn)在愈來(lái)愈多的電子產(chǎn)品，開(kāi)始使用“無(wú)線充電”的技術(shù)了！只要優(yōu)雅的將手機(jī)放在一個(gè)小小的、像杯墊一樣的東西上面，不必接線就能輕松充電，這么厲害的科技背后有什么原理呢？讓我們一起來(lái)探究其中奧妙。
一般見(jiàn)到的無(wú)線充電，運(yùn)用的是“電流磁效應(yīng)”和“電磁感應(yīng)”的原理。1819年，丹麥科學(xué)家厄斯特觀察到一段導(dǎo)線上如果通有電流，四周將會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以讓指北針偏轉(zhuǎn)。后人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)線圍成環(huán)狀，甚至繞成線圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)將會(huì)更強(qiáng)、更集中，這稱為“電流磁效應(yīng)”。
電與磁的交互作用
一般見(jiàn)到的無(wú)線充電，運(yùn)用的是“電流磁效應(yīng)”和“電磁感應(yīng)”的原理。1819年，丹麥科學(xué)家厄斯特觀察到一段導(dǎo)線上如果通有電流，四周將會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以讓指北針偏轉(zhuǎn)。后人則進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)線圍成環(huán)狀，甚至繞成線圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)將會(huì)更強(qiáng)、更集中，這稱為“電流磁效應(yīng)”。
而另一個(gè)人們更加關(guān)心的問(wèn)題，即：如何用磁來(lái)生電，則是經(jīng)過(guò)了12年不懈的研究，在1831年由法拉第發(fā)現(xiàn)的。讓一塊磁鐵或其他的磁場(chǎng)來(lái)源靠近一段沒(méi)有電流的線圈，線圈上就會(huì)產(chǎn)生“感應(yīng)電流”，稱為“電磁感應(yīng)”。值得注意的是，電磁感應(yīng)的成立要件是磁場(chǎng)要有“變化”，例如磁鐵愈來(lái)愈靠近(愈來(lái)愈遠(yuǎn)離其實(shí)也可以)。外加磁場(chǎng)若是一直保持不變，是不會(huì)有感應(yīng)電流的。
總而言之，電流磁效應(yīng)就是電流的流動(dòng)在四周產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁感應(yīng)則是不斷變化的外加磁場(chǎng)使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流。
利用電磁感應(yīng)來(lái)充電
這兩種物理現(xiàn)象同時(shí)運(yùn)用，就可以進(jìn)行無(wú)線充電。目前的無(wú)線充電設(shè)備，都包含一個(gè)“充座”，里面其實(shí)正是線圈。將充電座接到家用插頭后，線圈周圍會(huì)因?yàn)殡娏鞔判?yīng)而產(chǎn)生磁場(chǎng)。要充電的電子產(chǎn)品，里面也都有一個(gè)線圈，當(dāng)它靠近充電座時(shí)，充電座的磁場(chǎng)將透過(guò)電磁感應(yīng)，在電子產(chǎn)品的線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流導(dǎo)引到電池，就完成了充電座和電子產(chǎn)品間的無(wú)線充電。
你可能會(huì)問(wèn)，磁場(chǎng)不是要改變才能有電磁感應(yīng)嗎?可是充電座與充電的對(duì)象距離卻始終保持不變，這樣為何會(huì)有電磁感應(yīng)呢?原來(lái)，家用插座中流出的電是“交流電”，也就是說(shuō)電流的方向不斷的交替變化，一會(huì)兒順著流，一會(huì)兒反著流。正因?yàn)槿绱?，充電座線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨之不斷在變換方向，并非保持不變，符合電磁感應(yīng)的要件。
近來(lái)愈來(lái)愈多智能手機(jī)、平板電腦開(kāi)始提供無(wú)線充電的功能，但是不幸的是，它們充電的時(shí)候，只要離充電座的距離稍遠(yuǎn)一些，充電效率就會(huì)明顯下降。即便是最新的技術(shù)，充電距離也不能超過(guò)5公分，事實(shí)上，目前絕大部分可以無(wú)線充電的移動(dòng)設(shè)備，都是要完全平放在充電座上才能進(jìn)行，和想像中隨走隨充的無(wú)線充電仍有點(diǎn)差別。
利用共振拉長(zhǎng)充電距離
為了增加無(wú)線充電的距離與充電效率，科學(xué)家正在設(shè)法利用“磁共振”的原理進(jìn)行無(wú)線充電。在電路中加入一些電容、電感等特殊的元件，適當(dāng)連接后，會(huì)形成“諧振電路”。這就好像樂(lè)器行一定會(huì)有的調(diào)音工具──音叉一樣。輕敲音叉一次，它可以持續(xù)振動(dòng)一段時(shí)間，同樣的，對(duì)諧振電路短暫通電，電路中也會(huì)產(chǎn)生維持一段時(shí)間的訊號(hào)。
音叉具有“共振”這種有趣的物理性質(zhì)。每支音叉都有自己的發(fā)聲頻率，當(dāng)一支音叉振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，若附近有另一支發(fā)聲頻率相同的音叉，即使它沒(méi)有直接受到敲擊，也會(huì)跟著振動(dòng)。音叉的共振可以說(shuō)達(dá)成了能量的傳遞。諧振電路也可以共振，兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的諧振電路放在一起，其中一個(gè)開(kāi)始因?yàn)橥姸袷帟r(shí)，另一個(gè)電路也會(huì)跟著振蕩起來(lái)，“自動(dòng)”產(chǎn)生電流，電能就這樣被隔空傳送了。這樣的現(xiàn)象稱為“磁共振”，用來(lái)進(jìn)行無(wú)線充電，可以讓充電距離達(dá)到數(shù)公尺，效率也有所提升。唯一的困難就是，要將兩個(gè)電路調(diào)整到一模一樣的頻率，并且維持一段時(shí)間，并不是容易的事。
除了磁共振之外，也有科學(xué)家嘗試藉由激光光的光能來(lái)充電，甚至是將電能透過(guò)和家用的Wifi網(wǎng)絡(luò)相近的電波頻段來(lái)傳送。希望這些技術(shù)的突破，能讓我們未來(lái)在充電時(shí)更加方便！
