無線輸電，插座末日的到來？
——由“達(dá)人秀”引爆的科技?jí)?/h1>
2011-11-10 02:03:02吳凡
華東科技 2011年7期
文 吳凡
無線輸電，插座末日的到來？
——由“達(dá)人秀”引爆的科技?jí)?/p>
文 吳凡
2011年5月1日晚，中國(guó)達(dá)人秀第二季在東方衛(wèi)視精彩上演，90后科學(xué)狂人盧馭龍?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)表演了特斯拉線圈的雷電效果，一場(chǎng)精彩的閃電科學(xué)秀讓渡劫男當(dāng)場(chǎng)變身“雷神”，極具視覺效果的表演當(dāng)即震撼全場(chǎng)！
隨盧馭龍的表演一道走紅的“特斯拉線圈”，是一種高頻共振變壓器，可以獲得數(shù)十萬伏的高頻電壓，曾被電學(xué)先驅(qū)、交流電之父尼古拉特斯拉用來作為發(fā)射塔，嘗試實(shí)現(xiàn)無線輸電的可能。
兩百年的夢(mèng)想
說到無線輸電，也許你會(huì)想：如今以電話、網(wǎng)絡(luò)為代表的通信技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)了從有線到無線的飛躍，無線上網(wǎng)已經(jīng)是再普通不過的事，為什么無線輸電還只是夢(mèng)想呢？
事實(shí)上，盡管當(dāng)電磁學(xué)誕生的時(shí)候，人類就有了用無線方式輸送電力的想法，迄今已有近兩百年歷史，但直到今天，這個(gè)夢(mèng)想還只是停留在原地。
19世紀(jì)上半葉，電磁鐵問世不久、電磁感應(yīng)現(xiàn)象剛剛被發(fā)現(xiàn)，英國(guó)的一位牧師和自然哲學(xué)家尼古拉斯卡蘭就設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的無線輸電裝置：通過改變一個(gè)線圈的電流，使旁邊另一個(gè)線圈的兩端間產(chǎn)生火花。英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋用他那組優(yōu)美的方程建立了完整的電磁理論體系，促成了無線通信的誕生，也使人們對(duì)無線輸電興趣更濃。而尼古拉特斯拉試圖利用地球本身和大氣電離層為導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)無線輸電，為此在紐約建造了一個(gè)29米高的發(fā)射塔，但由于資金耗盡，他雄心勃勃的計(jì)劃并未能實(shí)現(xiàn)。
此后，人們嘗試過微波、激光等許多方法，但都未能付諸實(shí)用。近兩百年間，電燈、電話、廣播、電視和互聯(lián)網(wǎng)給世界帶來了一次又一次翻天覆地的變化，無線輸電技術(shù)卻似乎總在原地打轉(zhuǎn)，無數(shù)人的奇思妙想和勇敢嘗試并沒有帶來實(shí)質(zhì)性突破。
障礙重重，實(shí)用化仍遙遠(yuǎn)
現(xiàn)在有很多科學(xué)家和怪才都在研究“無線輸電”，有的目前在科學(xué)實(shí)驗(yàn)里已經(jīng)獲得了成功——2007年6月8日，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次試驗(yàn)，成功地利用無線輸電技術(shù)，點(diǎn)亮了一個(gè)離電源約2米遠(yuǎn)的60瓦電燈泡。與理想目標(biāo)相比，2米實(shí)在是微不足道，但在近兩百年的努力中，這已經(jīng)是令人驚喜的成績(jī)。目前這項(xiàng)技術(shù)的最遠(yuǎn)輸電距離仍只能達(dá)到2.7米，但研究者相信，電源已經(jīng)可以在這范圍內(nèi)為電池充電。而且只需要安裝一個(gè)電源，就可以為整個(gè)屋里的電器供電。
盡管“無線電能傳輸”技術(shù)的出現(xiàn)讓人看到了擺脫電線、充電煩惱的希望，但是，研究小組承認(rèn)，如果要把無線輸電技術(shù)運(yùn)用到家庭和生活當(dāng)中，“無線電能傳輸”技術(shù)還需改進(jìn)，還有很多技術(shù)要克服，在麻省理工的燈泡實(shí)驗(yàn)中，電力在傳送中流失了45%，因此輸電效率必須提高一倍才有望取代化學(xué)電池。此外，實(shí)驗(yàn)使用的銅線圈非常笨重，足有0.6米高，要用于家用電器，必須實(shí)現(xiàn)銅線圈的最小化，更有安全是否能得到保障，電器無線接電設(shè)備，電壓是否能穩(wěn)定運(yùn)行等諸多的問題。
“共振”下的希望
麻省理工學(xué)院研究小組在約2米的距離上實(shí)現(xiàn)40%效率的無線輸電，使人們至少看到了在家庭里省去一些電線的希望。他們所用方法的核心在于“共振”。
物體在特定頻率下會(huì)比較容易振動(dòng)，在其他頻率下則不然，這些特定頻率稱為固有頻率或共振頻率。有著相同共振頻率的物體，彼此交換能量的效率比較高。玩過樂器的人都對(duì)共振有直觀認(rèn)識(shí)。中學(xué)物理老師會(huì)給學(xué)生做這樣的共振實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)相同的音叉，敲其中一個(gè)，另一個(gè)也會(huì)抖動(dòng)發(fā)聲。
將共振原理應(yīng)用于電力傳輸并不是麻省理工學(xué)院研究小組的首創(chuàng)，特斯拉當(dāng)年的無線輸電構(gòu)想，就是在地球和電離層之間建立約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球表面的電磁波傳輸能量。在地球和電離層構(gòu)成的天地諧振腔里，電磁波能量損耗很少。特斯拉的實(shí)驗(yàn)中止后，并沒有人繼承這項(xiàng)研究，其中一個(gè)原因也許是在這種方式下電力公司沒辦法向用戶收錢吧。
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文 吳凡
無線輸電，插座末日的到來？
——由“達(dá)人秀”引爆的科技?jí)?/p>
文 吳凡
2011年5月1日晚，中國(guó)達(dá)人秀第二季在東方衛(wèi)視精彩上演，90后科學(xué)狂人盧馭龍?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)表演了特斯拉線圈的雷電效果，一場(chǎng)精彩的閃電科學(xué)秀讓渡劫男當(dāng)場(chǎng)變身“雷神”，極具視覺效果的表演當(dāng)即震撼全場(chǎng)！
隨盧馭龍的表演一道走紅的“特斯拉線圈”，是一種高頻共振變壓器，可以獲得數(shù)十萬伏的高頻電壓，曾被電學(xué)先驅(qū)、交流電之父尼古拉特斯拉用來作為發(fā)射塔，嘗試實(shí)現(xiàn)無線輸電的可能。
兩百年的夢(mèng)想
說到無線輸電，也許你會(huì)想：如今以電話、網(wǎng)絡(luò)為代表的通信技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)了從有線到無線的飛躍，無線上網(wǎng)已經(jīng)是再普通不過的事，為什么無線輸電還只是夢(mèng)想呢？
事實(shí)上，盡管當(dāng)電磁學(xué)誕生的時(shí)候，人類就有了用無線方式輸送電力的想法，迄今已有近兩百年歷史，但直到今天，這個(gè)夢(mèng)想還只是停留在原地。
19世紀(jì)上半葉，電磁鐵問世不久、電磁感應(yīng)現(xiàn)象剛剛被發(fā)現(xiàn)，英國(guó)的一位牧師和自然哲學(xué)家尼古拉斯卡蘭就設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的無線輸電裝置：通過改變一個(gè)線圈的電流，使旁邊另一個(gè)線圈的兩端間產(chǎn)生火花。英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋用他那組優(yōu)美的方程建立了完整的電磁理論體系，促成了無線通信的誕生，也使人們對(duì)無線輸電興趣更濃。而尼古拉特斯拉試圖利用地球本身和大氣電離層為導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)無線輸電，為此在紐約建造了一個(gè)29米高的發(fā)射塔，但由于資金耗盡，他雄心勃勃的計(jì)劃并未能實(shí)現(xiàn)。
此后，人們嘗試過微波、激光等許多方法，但都未能付諸實(shí)用。近兩百年間，電燈、電話、廣播、電視和互聯(lián)網(wǎng)給世界帶來了一次又一次翻天覆地的變化，無線輸電技術(shù)卻似乎總在原地打轉(zhuǎn)，無數(shù)人的奇思妙想和勇敢嘗試并沒有帶來實(shí)質(zhì)性突破。
障礙重重，實(shí)用化仍遙遠(yuǎn)
現(xiàn)在有很多科學(xué)家和怪才都在研究“無線輸電”，有的目前在科學(xué)實(shí)驗(yàn)里已經(jīng)獲得了成功——2007年6月8日，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次試驗(yàn)，成功地利用無線輸電技術(shù)，點(diǎn)亮了一個(gè)離電源約2米遠(yuǎn)的60瓦電燈泡。與理想目標(biāo)相比，2米實(shí)在是微不足道，但在近兩百年的努力中，這已經(jīng)是令人驚喜的成績(jī)。目前這項(xiàng)技術(shù)的最遠(yuǎn)輸電距離仍只能達(dá)到2.7米，但研究者相信，電源已經(jīng)可以在這范圍內(nèi)為電池充電。而且只需要安裝一個(gè)電源，就可以為整個(gè)屋里的電器供電。
盡管“無線電能傳輸”技術(shù)的出現(xiàn)讓人看到了擺脫電線、充電煩惱的希望，但是，研究小組承認(rèn)，如果要把無線輸電技術(shù)運(yùn)用到家庭和生活當(dāng)中，“無線電能傳輸”技術(shù)還需改進(jìn)，還有很多技術(shù)要克服，在麻省理工的燈泡實(shí)驗(yàn)中，電力在傳送中流失了45%，因此輸電效率必須提高一倍才有望取代化學(xué)電池。此外，實(shí)驗(yàn)使用的銅線圈非常笨重，足有0.6米高，要用于家用電器，必須實(shí)現(xiàn)銅線圈的最小化，更有安全是否能得到保障，電器無線接電設(shè)備，電壓是否能穩(wěn)定運(yùn)行等諸多的問題。
“共振”下的希望
麻省理工學(xué)院研究小組在約2米的距離上實(shí)現(xiàn)40%效率的無線輸電，使人們至少看到了在家庭里省去一些電線的希望。他們所用方法的核心在于“共振”。
物體在特定頻率下會(huì)比較容易振動(dòng)，在其他頻率下則不然，這些特定頻率稱為固有頻率或共振頻率。有著相同共振頻率的物體，彼此交換能量的效率比較高。玩過樂器的人都對(duì)共振有直觀認(rèn)識(shí)。中學(xué)物理老師會(huì)給學(xué)生做這樣的共振實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)相同的音叉，敲其中一個(gè)，另一個(gè)也會(huì)抖動(dòng)發(fā)聲。
將共振原理應(yīng)用于電力傳輸并不是麻省理工學(xué)院研究小組的首創(chuàng)，特斯拉當(dāng)年的無線輸電構(gòu)想，就是在地球和電離層之間建立約8赫茲的低頻共振，利用環(huán)繞地球表面的電磁波傳輸能量。在地球和電離層構(gòu)成的天地諧振腔里，電磁波能量損耗很少。特斯拉的實(shí)驗(yàn)中止后，并沒有人繼承這項(xiàng)研究，其中一個(gè)原因也許是在這種方式下電力公司沒辦法向用戶收錢吧。
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