先說有線傳輸對應(yīng)的四種常用方式:機(jī)械能的傳輸對應(yīng)剛性桿傳輸,鋼桿是機(jī)械能的載體,例子如汽車的傳動軸;光能傳輸對應(yīng)光纖,光纖是光的載體;熱能對應(yīng)熱的良導(dǎo)體,比如各種金屬;電磁能對應(yīng)導(dǎo)線或鐵芯,都是電或磁的良導(dǎo)體。有線傳輸?shù)奶攸c就是,這個通道的阻力很低:鋼桿對機(jī)械能無損失,光纖對光能損失小,良導(dǎo)體的熱阻小,導(dǎo)線的電阻小,鐵芯的磁阻小。這樣我們才能在遠(yuǎn)端收獲到損失較小的能量。
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(jī)械能和熱能,二者必須有介質(zhì)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(dǎo)致傳播效果不佳。
光能傳播不需要介質(zhì),人類可以利用激光進(jìn)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(fā)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?shù)降孛嬗幸欢ǹ尚行浴?/p>
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(dá)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(yīng)是電能傳輸?shù)闹饕绞健N覀儸F(xiàn)在應(yīng)用的無線充電技術(shù),以及實驗室內(nèi)的無線輸電技術(shù),都是利用電磁感應(yīng)原理。附錄一解釋了電磁感應(yīng)和電磁波二者區(qū)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(jī)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(xì)闡述了諧振的概念,以及各種能源的諧振實例。