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2010年,在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展上,海尔公司和麻省理工学院（MIT）合作,推出利用无线电力传输的“无尾电视”,被众多媒体惊呼为高新技术.如今,无线电力传输越来越多地影响着我们的生活.不需要物理上的连接就可以将电能传输给负载,这听起来很科幻,然而其实早在100多年前,就有科学家在探索这项技术了.
特斯拉线圈发明,无线电力传输问世
1891年,科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）发明了一种感应线圈,它可以产生非常高的交流电压.特斯拉就用它实现了电力的无线传输.
特斯拉线圈的原理很简单,它的核心就是两个变压器.经过特斯拉的特殊设计,它可以生产上亿伏的电压.而上亿伏的电压,已是自然界雷电的电压水平.
有人说,美国著名科学家富兰克林（Benjamin Franklin）“把雷电从天上抓到人间”,其实用这个说法来形容特斯拉似乎更合适.富兰克林只是用风筝收集到一部分静电,而特斯拉曾制造出超过1亿伏的电压,非常接近自然界的雷电水平.现在我们做雷电实验的装置,核心就是一个特斯拉线圈.
闪电实验后,特斯拉又逐步认识到他的线圈其实也是一个能量传输装置：初级线圈和次级线圈是可以分开一定距离的.经过反复试验,1899年特斯拉在他的实验室利用磁感应原理,无线点亮了18米外的电灯泡.
电和磁的交响曲,无线电力传输的本质和途径
无线电力传输,实质上就是能量的传输.电力的本质是电子的移动,无线电力传输能不能直接传输电子呢?这在目前的技术条件下是不大可行的.因为电子天生爱自由,离开导线后,它的运行轨迹就很难控制.并且,相对来说电子的体积和质量都太大,向目标无线发射时,发射源的电压要极高才行——雷电转移的就是电子,这个过程很暴烈.
现在,能利用的无线电力传输技术,核心原理是电磁感应.电磁场没有体积和质量,和空气等很多物质几乎没有任何相互作用,却具有一定的能量,可以不依靠导线而以光速传播——貌似很有前途.
但电磁场也有一个问题,恰恰是因为它没有质量,也不带电荷,它的能量很小,即传输功率很低.况且,虽然初级线圈和次级线圈是可以分开的,但电磁场的感应强度会随距离的增大而急剧减小——目前市场上的手机无线充电器,主要原理就是电磁感应,功率都不大,且要求距离非常近才行.
电磁感应还有一个神奇的兄弟——电磁波,低频变化的电磁场平淡无奇,但当这种变化达到一定程度时,电磁波就会犹如一股神秘的力量出现.太阳是一个巨大的磁体,但其磁场的主要影响也仅限于表面几千米以内,而其辐射的光（也是电磁波）则可以将其能量带到亿万千米以外.月球距太阳约1.5亿千米,但其白天的表面温度高达120℃以上,就是因为太阳光的照射.可见,用电磁波无线传输能量是完全可行的.
特斯拉壮志未酬,伟大梦想重启风帆
无线电力传输技术和一个伟大的梦想相连.特斯拉在无线点亮灯泡的次年（1900年）,还产生了一个更大胆的设想：建造一个发射机作为“电源”,以地球高空的电离层作为“放电线圈”,再在其他位置建造一个“电力接收机”,就能实现电力的全球无线传输,极富想象力！
为验证这个设想,他建造了“沃登克里佛塔”,雄心勃勃地要进行“从美国到巴黎的无线电力传输”实验,这个实验的核心原理还是电磁感应.当时经典电磁理论刚诞生不久,而且验证电磁波存在的时间也不长.这个设想远远超出了那个时代人们的认识水平和技术条件,投资人逐渐失去耐心,终止了资助.
据说,有人在理论上证明特斯拉的设想不是没有可行性.但这个想法实在太冒险,若一招不慎,破坏了电离层,可能会给地球上的生物带来灭顶之灾.不过,未尝没有替代方案.2012年,美国国家航天局开始资助一个名为“大型相控阵太阳能发电站卫星（SPS-ALPHA）”的研究项目.它可以把在太空中产生的电力,利用电磁波无线传输到地球上使用,也可以无线供给其他航天器.太空中阳光的能量密度是地球表面上的8～10倍,并且不受黑夜和阴雨天的影响,是一种储量巨大且清洁的能量来源.预计,SPS-ALPHA计划最早于2025年升空,可以解决人类目前约1/3的能量需求,让我们拭目以待这一梦想科技的实现.
无线电力传输论文参考资料：
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