下面新聞由專業生產油微水測試儀、油酸值測試儀、油凝點測試儀、油耐壓測試儀、高壓試驗變壓器的廠家揚州市蘇中電力實習記者小苗推薦:
無線充電技術在電動牙刷、剃須刀、手機上已經有了一些應用,電動汽車無線充電也有了初步的試驗。如果無線充電可以實現,那么我們是不是可以省去高壓輸電線路實現無線輸電,甚至還可以接收太空太陽能電池發來的電能,徹底解決人類輸電和用能問題呢?
無線輸能在破解無線輸電的問題前,讓我們先把無線輸電的范圍拓展一下吧——“無線輸能”。能量的概念包含更廣,太陽光就是*常見的“無線輸能”,那可是跨越1.5億公里、長達45億年的無線輸能。首先來看看有什么能量形式,再看他們能不能“無線”傳輸。世界上的能量形式我們早已熟知,高中物理就學了四種:力、熱、光、電。再加核能和化學能,大概就這六種能源形式(其中的力是指機械能,電是指電磁能)。核能和化學能所來源的原子力和化學鍵力是不可能遠距離傳輸的,所以我們只考慮機械能、熱能、光能和電磁能四種能量傳輸。先說有線傳輸對應的四種常用方式:機械能的傳輸對應剛性桿傳輸,鋼桿是機械能的載體,例子如汽車的傳動軸;光能傳輸對應光纖,光纖是光的載體;熱能對應熱的良導體,比如各種金屬;電磁能對應導線或鐵芯,都是電或磁的良導體。有線傳輸的特點就是,這個通道的阻力很低:鋼桿對機械能無損失,光纖對光能損失小,良導體的熱阻小,導線的電阻小,鐵芯的磁阻小。這樣我們才能在遠端收獲到損失較小的能量。揚州蘇中帶你了解:無線輸電的技術。
哪些能量可以無線傳輸無線傳輸就沒有這些“低阻通道”了,只有空氣,或者什么都沒有的真空。四種能量在空氣或者真空中傳播的效果如何呢?首先是機械能和熱能,二者必須有介質才能傳播,真空無法傳播,而空氣中兩種能量都會向四周彌散,導致傳播效果不佳。光能傳播不需要介質,人類可以利用激光進行大功率的光能傳輸,激光甚至可以做成激光炮。但激光對地形和天氣要求高,光只能走直線,并且不能被空氣中的顆粒漫反射,否則損耗太大。即便可以傳輸,在發射和接受兩端,由電變光和由光變電的效率都較低,成本卻很高。也許未來只有太空能量通過激光傳輸到地面有一定可行性。剩下只有電能了,我們平時接觸到的電能只有50或60赫茲,是非常低的頻率,電磁波的波長達五六千公里,這么長的波長對一般輸電距離而言是沒有電磁波特性的(地球的赤道約四萬公里),因而電磁感應是電能傳輸的主要方式。我們現在應用的無線充電技術,以及實驗室內的無線輸電技術,都是利用電磁感應原理。附錄一解釋了電磁感應和電磁波二者區別。
無線輸能的要義既然空氣或真空對能量傳輸是一條“高阻通道”,想要能量順利傳輸過去,不因“高阻”而四散彌漫,只有一個方法——諧振!激光是一種諧振的光源,收音機靠諧振接收信號,同樣電能傳輸也需要諧振的幫助。諧振的詳情請見問下的附錄二,詳細闡述了諧振的概念,以及各種能源的諧振實例。
電能的無線傳輸我們需要建立諧振頻率是50Hz的一條回路,這樣就能把電能傳輸過去了。話雖如此,但實現起來并不好辦。現實的環境太復雜了,電場和磁場會在空中遇到各種各樣的障礙物,遇到建筑的鐵或者鋼,電磁場就會被吸收,專業術語叫“屏蔽”(類似于把手機放在一個封閉鐵盒里就沒信號一樣,所有信號都被鐵盒吸收了)。我們設計回路參數時,想充分考慮沿路所有鋼鐵所構成的電容電感,實在太困難了。(電容和電感是電學中*常見但也是*難理解的概念,有機會小編會寫一期介紹電容和電感的物理本質是什么)目前也有無線輸電的應用案例,比如無線充電的牙刷、手機、汽車,這些案例中的一個共性就是距離短。牙刷和手機都安放在充電座上,無線充電汽車的底盤與地面貼的也非常近(30cm以內)。距離近的目的只有一個,減少周圍環境的雜散電容電感的影響,以便我們設計的回路能夠*大限度的傳輸能量。當然,從另一個角度說,這也是為了提高能量的傳輸效率。距離越長,雜散的電容電感越多,他們吸收的能量也就越多,能傳到目的地的能量就越少,能量傳輸效率也就很低了。所以從雜散參數影響的角度來說,完成長距離的無線輸電是件幾乎不可能的事,因為雜散參數和各種屏蔽的影響幾乎無法去除。揚州蘇中帶你了解:無線輸電的技術。
電磁波的方式無線輸電是否可行?既然電磁感應的方式并不樂觀,那電磁波的方式是否可以?有人也提出了微波無線輸電。電磁感應與電磁波的區別只在于頻率,或者說波長與傳輸距離的比例。波長比傳輸距離長,則是電磁感應原理,否則就是電磁波的傳輸原理。電磁波的傳播方式同廣播信號是一樣的,是四散彌漫的,只要是彌漫,就缺乏效率。廣播電視信號是可以彌漫空間的,但因為傳輸的只是信號,能量很低,效率低就低了;但如果大功率的電能彌漫空間,不僅僅要求有很大的功率發射和接收裝置,而且空間中彌漫著大功率的電磁波,人們會覺得像是生活在微波爐中。目前,輸電線路周圍的電磁環境問題已經引起了人們的質疑,不知道如果有看不見的大功率電磁波包圍著你,你會作何感想。
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