生活中一提到充电 ， 您第一反应是不是要用充电器和充电线 。 近几年来多款“无线充电器”上市 ， 可以做到“隔空”充电 ， 这其中用到了怎样的原理和技术呢？
早在1899年 ， 物理学家尼古拉·特斯拉就已经开始对无线输电的探索 。 他在纽约建造了无线电能发射塔 ， 并构想出了无线输电方法：把地球作为内导体、地球电离层作为外导体 ， 通过放大发射机以径向电磁波振荡模式 ， 在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振 ， 再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量 。
虽然这一构想在当时没有实现 ， 但却是百年前科学家对无线充电的一次大胆探索 。 现如今 ， 人们在此基础上不断研究和试验 ， 成功研制出了无线充电技术 ， 最初的科学构想在逐步落地 。
无线充电是一种采用非物理接触方式来实现电能传输的技术 。 目前常见的电能无线传输技术有三种 ， 分别是电磁感应式、电磁共振式、无线电波式 。 其中电磁感应式是目前应用较为广泛的一种方式 ， 不仅充电效率高 ， 成本也低 。
电磁感应式无线充电技术的工作原理是：在无线充电底座上安装发射线圈 ， 在手机背面安装接收线圈 ， 当手机靠近充电座充电时 ， 发射线圈因接入了交流电 ， 会产生交变磁场 。 磁场的变化会让接收线圈内产生感应电流 ， 从而将能量从发射端转移到接收端 ， 并最终完成充电过程 。
电磁感应式无线充电方式的充电效率高达80% ， 弊端就是只能短距离充电 ， 充电设备需紧贴在一起 。 为了解决这一问题 ， 科学家开始了新的尝试 。 2007年 ， 美国的一个研究小组成功利用电磁共振技术点亮了一个距离电源约2米的60瓦电灯泡 ， 电能传输效率达到40% ， 开启了电磁共振式无线充电技术的研发热潮 。 电磁共振式无线充电技术的原理与声音的共振原理相同：将一个能量发送装置和一个能量接收装置调整到一个相同的频率上 ， 共振时可以交换彼此的能量 ， 这样一个装置中的线圈就可以远距离向另一个装置中的线圈传递电能 ， 完成充电 。 电磁共振式无线充电技术打破了电磁感应式近距离传输的限制 ， 将充电距离最大延长至了3至4米 ， 并且充电时还摆脱了接收设备必须使用金属材质的限制 。
为了进一步增加电能无线传输的距离 ， 科研人员又开发了无线电波式充电技术 。 其原理是：由一个微波发射装置和一个微波接收装置完成无线电力传输 ， 发射装置可以安装在墙壁的插头内 ， 接收装置可以安装在任何低电压产品上 。 微波发射装置发射射频信号后 ， 接收装置可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量 ， 通过检波、高频整流后得到稳定的直流电 ， 供负载使用 。
与传统充电方式相比 ， 无线充电技术一定程度上打破了时间和空间的限制 ， 为我们的生活带来了诸多的便利 ， 相信随着无线充电技术和相关产品的进一步发展 ， 未来会有更加广阔的应用前景 。
本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关 。
本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创 ， 转载时务请注明出处 。
【“无线充电器”是如何做到隔空充电的？】作者： 谢君
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