无线输电靠不靠谱？_唐山钢铁网

无线输能在破解无线输电的问题前，让我们先把无线输电的范围拓展一下吧——“无线输能”。能量的概念包含更广，太阳光就是最常见的“无线输能”，那可是跨越1.5亿公里、长达45亿年的无线输能。首先来看看有什么能量形式，再看他们能不能“无线”传输。世界上的能量形式我们早已熟知，高中物理就学了四种：力、热、光、电。再加核能和化学能，大概就这六种能源形式(其中的力是指机械能，电是指电磁能)。核能和化学能所来源的原子力和化学键力是不可能远距离传输的，所以我们只考虑机械能、热能、光能和电磁能四种能量传输。先说有线传输对应的四种常用方式：机械能的传输对应刚性杆传输，钢杆是机械能的载体，例子如汽车的传动轴;光能传输对应光纤，光纤是光的载体;热能对应热的良导体，比如各种金属;电磁能对应导线或铁芯，都是电或磁的良导体。有线传输的特点就是，这个通道的阻力很低：钢杆对机械能无损失，光纤对光能损失小，良导体的热阻小，导线的电阻小，铁芯的磁阻小。这样我们才能在远端收获到损失较小的能量。

哪些能量可以无线传输无线传输就没有这些“低阻通道”了，只有空气，或者什么都没有的真空。四种能量在空气或者真空中传播的效果如何呢?首先是机械能和热能，二者必须有介质才能传播，真空无法传播，而空气中两种能量都会向四周弥散，导致传播效果不佳。光能传播不需要介质，人类可以利用激光进行大功率的光能传输，激光甚至可以做成激光炮。但激光对地形和天气要求高，光只能走直线，并且不能被空气中的颗粒漫反射，否则损耗太大。即便可以传输，在发射和接受两端，由电变光和由光变电的效率都较低，成本却很高。也许未来只有太空能量通过激光传输到地面有一定可行性。剩下只有电能了，我们平时接触到的电能只有50或60赫兹，是非常低的频率，电磁波的波长达五六千公里，这么长的波长对一般输电距离而言是没有电磁波特性的(地球的赤道约四万公里)，因而电磁感应是电能传输的主要方式。我们现在应用的无线充电技术，以及实验室内的无线输电技术，都是利用电磁感应原理。附录一解释了电磁感应和电磁波二者区别。

无线输能的要义既然空气或真空对能量传输是一条“高阻通道”，想要能量顺利传输过去，不因“高阻”而四散弥漫，只有一个方法——谐振!激光是一种谐振的光源，收音机靠谐振接收信号，同样电能传输也需要谐振的帮助。谐振的详情请见问下的附录二，详细阐述了谐振的概念，以及各种能源的谐振实例。电能的无线传输我们需要建立谐振频率是50Hz的一条回路，这样就能把电能传输过去了。话虽如此，但实现起来并不好办。现实的环境太复杂了，电场和磁场会在空中遇到各种各样的障碍物，遇到建筑的铁或者钢，电磁场就会被吸收，专业术语叫“屏蔽”(类似于把手机放在一个封闭铁盒里就没信号一样，所有信号都被铁盒吸收了)。我们设计回路参数时，想充分考虑沿路所有钢铁所构成的电容电感，实在太困难了。(电容和电感是电学中最常见但也是最难理解的概念，有机会小编会写一期介绍电容和电感的物理本质是什么)目前也有无线输电的应用案例，比如无线充电的牙刷、手机、汽车，这些案例中的一个共性就是距离短。牙刷和手机都安放在充电座上，无线充电汽车的底盘与地面贴的也非常近(30cm以内)。距离近的目的只有一个，减少周围环境的杂散电容电感的影响，以便我们设计的回路能够最大限度的传输能量。当然，从另一个角度说，这也是为了提高能量的传输效率。距离越长，杂散的电容电感越多，他们吸收的能量也就越多，能传到目的地的能量就越少，能量传输效率也就很低了。所以从杂散参数影响的角度来说，完成长距离的无线输电是件几乎不可能的事，因为杂散参数和各种屏蔽的影响几乎无法去除。

电磁波的方式无线输电是否可行?既然电磁感应的方式并不乐观，那电磁波的方式是否可以?有人也提出了微波无线输电。电磁感应与电磁波的区别只在于频率，或者说波长与传输距离的比例。波长比传输距离长，则是电磁感应原理，否则就是电磁波的传输原理。电磁波的传播方式同广播信号是一样的，是四散弥漫的，只要是弥漫，就缺乏效率。广播电视信号是可以弥漫空间的，但因为传输的只是信号，能量很低，效率低就低了;但如果大功率的电能弥漫空间，不仅仅要求有很大的功率发射和接收装置，而且空间中弥漫着大功率的电磁波，人们会觉得像是生活在微波炉中。目前，输电线路周围的电磁环境问题已经引起了人们的质疑，不知道如果有看不见的大功率电磁波包围着你，你会作何感想。