看完这个操作,我没脸被叫“学霸”了

作者: 王苻欢

来源: 中国科学院半导体研究所

发布日期: 2018-04-12 16:30:00

文章通过描述一个电视剧中学霸错误充电方式的例子,引出了手机充电的正确方式和无线充电技术的发展历程。同时,介绍了特斯拉在无线充电领域的贡献,以及现代无线充电技术的原理和应用。最后,展望了无线充电技术的未来发展前景。

这个事儿本来我是不知道的,直到有一天我发现要不是我及时制止,手机坏了可能还是小事,想想我都害怕。最近我家领导也不知道是看了什么剧,剧里面有一个不知道哪个学校的学霸,是这样充电的。首先她剥开了充电线的外包皮:然后将充电线的正负极直接插在了插排的两个孔位中,并用胶带固定:然后这位女主角竟然真的插上了手机,直接给手机充电!我的天!

看完我直接懵懵的,感觉自己这么多年的物理算是白学了,在“学霸”的“玄学”面前一文不值啊!这让我想起大学物理老师经常嘲讽我们的一句话:“我说,我们拉起手去申请诺贝尔奖吧。”老师经常这么嘲讽,哦不,是激励我们。不带这么玩的,妹子的手机都被你们这帮神剧给玩坏了。

手机充电器的核心作用是变压变流、稳压稳流,将220V的交流电转化成适配手机的直流电。

而电视剧中不用充电器直接用插座给手机充电的方式轻则短路烧毁手机,重则手机电池燃烧继而发生爆炸!上面说的都是一些学渣和伪学霸的故事,接下来,借着手机充电这个事儿说说咱物理界真学霸吧!“学霸”的有线充电算什么,19世纪90年代初的时候,就有真学霸提出了无线充电。这个学霸就是特斯拉——现代交流电系统的奠基者。

看他的眼神,颤抖吧,学渣们(学渣一定是对特斯拉的交流电有什么误解,才会那么充电,或者根本就不认识我们的男神,好吧,当我什么也没说)特斯拉早在1891年就证实了无线能量传输,特斯拉效应(以此纪念特斯拉)是用来阐述这种类型的电导应用的术语。1899年,特斯拉迁往科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯,因为那里有可以让他做高频高压实验的地方,并开始在那儿搞研究。在实验室中,特斯拉制造出了人造闪电。

特斯拉也研究大气层电力,观察接收器收到的闪电讯号。特斯拉声称他观测到驻波。在科罗拉多实验室里,他“记录”到据说是外太空电波的讯号,虽然他的言论和数据被当时的科学界否决了,但是他提到接收器的数据中有着重复的讯号,跟他已经提及过的雷电及土壤干扰上得到的讯号本质上很不同。后来,他更明确地重提那些讯号是一组组地出现。此后,特斯拉屡次尝试向火星发送讯号。科幻的一生啊有木有?

后来人们逐步在特斯拉理论的基础上对无线充电进行了进一步的研究。1920年,日本研究者H.Yagi提出了一种不利用传输导线点亮灯泡的技术,美国则在20世纪六七十年代将频率为2.45 GHz的微波能量转换为直流电,传输效率最高可达50%以上。进入21世纪以后,无线充电受到了国内外科学家的广泛关注,推动该技术的发展。不少厂商也开始研制无线充电的底座。

手机无线充电技术让消费者降低了对充电线材的依赖性,让充电更加方便。

那原理呢?(不讲原理的小编不是好小编)手机无线充电系统应用电磁感应理论,在空间形成变化的电磁场将发射端的电能传送到手机电池,即通过电磁感应使线圈中的磁通量发生变化,从而产生电流来充电,而不是通过相应的物理连接。换言之,手机无线充电设备就是让充电和被充电设备之间充满磁场,以此来利用磁场的变化产生电能。

虽然手机充电器和手机之间并没有实际性的直接接触,但是通过磁场耦合在线圈中会形成电流和电压,也就是说系统是通过一对距离相对较近的耦合线圈来实现电和磁的能量转化。根据法拉第电磁感应定律,闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,这种电流称为感应电流,生成的电动势即为感应电动势。

当闭合线圈的面积不变,改变磁场强度时,磁通量也会改变,主要强调变化二字,也就是频率,高频交流电的频率越高,系统传输的能量也会随之提高。但是频率如果过高,又会增强系统的电磁辐射,使得在设计电磁屏蔽的时候难度会更大。不过我觉得,无线充电还不算牛,隔空充电差不多可以满足我。像WIFI那样充电!!这个技术于去年在中国已经实现了。

目前,中国科学院深圳先进技术研究院数字所的无线充电创新团队已完成了磁场共振耦合关键技术和设备的研发,制作出无线充电系统原型。只需要把物品靠近磁共振线圈,奇迹就会发生!就算隔着纸盒子,甚至把灯泡放到桌子底下,离发射线圈有一定距离,灯泡也能亮。充电距离在半米以内都是有效的,充电效率非常高,在一个较近的距离,效率能达到90%以上,与有线充电的体验几乎一样。

目前,他们做出的无线充电系统,实现了发射线圈10cm以内都是接收区(相比于现在的产品需要以小于5mm的距离准确贴合到充电板上的充电区域,是一个不错的进步)。这意味着手机在此距离内可以随意“活动”,拿起、放下都没问题。用这种充电方式给手机充电和我们用充电线充电的功率相同。未来,一张桌子上平铺着线圈,在有效距离内任意拿起或放下手机都可以充电。

出门不用担心没带充电宝,也不用担心手机没电借不出充电宝,我们只需要走进一个商场,一家饮品店,又或是一家饭馆,在时间间隙中就可以完成充电。这种场景,到2020年很有可能实现。怪不得某人这么不看好共享充电宝呢。所以还等什么呢?好好学习科学知识才是正题!

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