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无线充电技术及其原理

近年来,智能手机相关的技术日益成熟,其所带来的科技成就也不断地引人注目。就在最近名声大噪的诺基亚lumia920首先使用的一项称之为“无线充电”的技术广泛地引起了人们的好奇和关注,人们都觉得那是一件很神奇的功能和技术。其实,经过我查找相关资料,发现无线充电技术其实很久以前就出现了,不过经过近几年的发展,现在才变得成熟好用,并从电动牙、电动剃须刀等部分家电产品领域中扩大到了智能手机领域。

所谓无线充电技术,顾名思义,是通过空气向电子设备传送能量来达到充电的目的。而实现无线充电技术主要是通过三个方式:电磁感应式充电、磁场共振式充电和无线电波式充电。而诺基亚lumia920的无线充电采用的便是电磁感应式充电。

首先介绍电磁感应式充电。其原理我们在高中就学过了,就是说当电流流过线圈时,周围会产生磁场,这个是丹麦物理学家奥斯特发现的电磁效应;而当没有通电的其他线圈接近磁场的时候线圈中就会产生电流,这个是英国物理学家法拉第发现的电磁感应现象。电磁感应式无线充电技术就是结合了这两种思路,利用电磁感应原理进行充电:在发送端和接收端各有一个线圈,发送端线圈连接着的是有线电源,并通过电磁现象产生电磁信号,而接收端线圈感应发送端产生的电磁信号并通过电磁感应磁生电产生电流给电池充电。当然,发送端和接收端之间存在一定的距离才能展现出无线充电的便捷性,这个送电距离大概是数毫米到十厘米左右,比较短,但这个距离对于平时所使用的智能手机来说足够了,我们只需要将电池和接收设备放在充电平台上即可对其进行充电,免去了接线的烦恼。其原理和制作相对比较简单,因此网上也出现了很多将手机改装为可进行无线充电手机的帖子,其大概方法都是通过给手机电池接口接入一个固定在后盖上的线圈,然后将手机置于无线充电平台上方进行充电。

还有磁场共振式充电。其基本原理是磁场耦合共鸣原理,类似于声音的共振。不难想象,排列好振动频率相同的音叉,一个发声另一个也会共振发声;同样的道理,当在磁场中被调整到相同频率的两个线圈中有一个中有电流存在时,另一个便会与它产生能量的交流,从而产生电流。根据其发明的无线充电器的工作原理是,存在一个发送端和一个接收端,发送端通入直流电,并通过谐振变换器转换为高频交流信号,使发送端线圈在周围一定距离内产生一个高频变化很大的电磁场,而当接收端线圈位于这个电磁场中时,发送端线圈磁通量的高频变化在接收端线圈中会产生一定的高频感应电动势,然后通过加在接收端线圈端的装置,就可以使接收端产生直流电流给电池充电。磁场共振式充电与电磁感应式充电有所不同,它不会向外发射电磁波,而只是在周围形成一个磁场,且消耗电能比感应式充电低,传输距离更远,为几十厘米到几米。此项技术目前已经应用于汽车、磁悬浮列车等交通运输工具方面,但仅仅是试验阶段。

最后是无线电波式充电。其基本原理类似于早期的矿石收音机。根据物理学原理,发送端导体中电流强弱的改变会产生无线电波,而无线电波能够携带能量并传递能量。同时,当无线电波通过空间传递到接收端的时候,由电波引起的电磁场变化会产生谐振效应,又会在接收端的导体中产生电流,从而实现了利用无线电波进行无线充电。目前已经有科技产品能够运用这种原理,将插座上发射器发射的包括被物体反弹过的无线电波捕捉并转化成直流电,在一米的有效范围内为低电压电子产品充电。

无线充电技术目前还存在着一些缺陷,比如能量损耗大、不能支持大功率充电、不能支持远距离、电磁辐射大、安全隐患等问题。但这些都不能阻挡它展现它的魅力,试想一下,如果将来我们的手机、电脑等不再需要电线的束缚,如果我们再也不用随身带着大堆的数据线出远门,如果电动车等交通工具可以边走边充电,那样的生活,将是无限的便捷和美好。相信在不远的将来,科学家们能够解决这一个个技术难关,用物理改变生活,用科技让生活更加美好!

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