无线输电离我们还有多远?

作者:幽默丁格来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-11-21

神州十一号在天宫二号停留了一个月之久,试想如果天宫二号上的太阳帆板突然出故障,失去了电源,那么是否可以让国际空间站通过无线输电的方式给天宫二号输电呢?

  那么等离子体又是怎样和无线输电扯上关系的呢?前面已经提过了,等离子气体整体虽然呈现电中性,但是电子和离子已经相互分离。那么如果我们人为的在空间中含有等离子气体的区域两端外加一定的电压或者电场时,就会让等离子体相向运动,形成一个“通路”。甚至随着电压的不断的增加,空气中等离子体或得到补充,原本所形成的“通路”将一直维持下去,这样利用等离子体无线输电就大致形成。但是,这样形成通路过后,人是不能轻易靠近的,等离子体具有很高的温度很容易造成烫伤(所谓的“烫伤”其实就是大量高速运动的粒子撞击你的皮肤,所撞击的力度和时间决定了你烫伤的程度),因而如果说想利用等离子体来进行输电的话,对等离子体进行约束——磁约束。但是高温超导带材造价昂贵,并未在市面上得到普及,一般磁约束就应用于核聚变发生器中。

文章附图6

利用超导线圈磁约束等离子体

  激光束输电

  201610月,俄罗斯的火箭宇航“能源”公司的研发人员利用激光束和一个特殊的光电转换装置,为远在1.5千米开外的手机进行了无线充电,从而打开了千米级无线输电的大门。

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激光束

  然而,该“能源”公司的研发人员并不打算将该技术应用于地球上的日常生活中,他们瞄准的是外太空。由于外太空的空气极为稀薄,激光的传输损耗较少,可以利用激光束为绕地飞行的卫星进行无线充电[3],进而让卫星具有更长的寿命,当然,目前该研究还在进一步的完善中。

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  特斯拉线圈

  1908年6月30日,在现如今的俄罗斯的西伯利亚埃文基自治区的通古斯河的附近,发生了一次大爆炸,也称为“通古斯大爆炸”。据物理学家估算,该爆炸的威力相当于美国在日本广岛投放的原子弹威力的1000倍。而造成这次大爆炸的原因到现在还不得而知,当然有一部分人猜测这个爆炸可能跟物理学家特斯拉(跟现在很火的特斯拉车没有关系)制造的特斯拉线圈有关。

  先不管通古斯大爆炸是不是特斯拉引起的,我们就先来看看到底特斯拉线圈有着怎样的威力,怎么会和一次大爆炸扯上关系的。

文章附图7

特斯拉线圈原理图

  传统的特斯拉线圈是由一个变压器、打火器、电容器。初/次级线圈和一个放电罩组成。先从一个低压的交流电电源输出一个电压到变(升)压器(变压器可分为升压器和降压器,具体的区别可参见《居民家庭电压220V是怎样确定的?》一文)进行电压的升压,然后进行全波整流(把交流电的方向转变为同一个方向)对电容C1充电。如果充电足够多的话,以至于能够使得打火器击穿空气使得空气电离,电能就可以在电容器C1、打火器和初级线圈L1之间形成了一个LC震荡(LC震荡可产生电磁波)。而放电罩C2可以和地面形成一个所谓的“对地等效电容”,相应的,这个“对地等效电容”可以和次级线圈L2再形成一个LC震荡电路。当初级线圈和次级线圈形成的各自的LC震荡回路产生的电磁波达到一个共振的时候,次级线圈就会吸收初级线圈的能量。随着震荡的继续,放电罩的电压不断增加直到击穿空气并进行比较大规模的放电。如果在放电罩的下端放置一些导体的话,放电罩将与导体之间形成一些电弧,据此可以依靠空气进行无线输电。

文章附图8

特斯拉线圈击穿空气放电

  事实上,特斯拉线圈可产生上百万伏的电压甚至可能更大,特斯拉生前有想过利用特斯拉线圈产生巨大高压的特性来进行全球范围内的无线输电。之后他在美国的长岛建立了一个可以输送100万伏的高压特斯拉线圈,在特斯拉进行实验的那段时间里,长岛附近偶尔发生了轻微的地震并且影响了当地的天气。巧合的是,不久之后在通古斯就发生了巨大的爆炸,据此有人便猜测通古斯大爆炸可能与特斯拉有关。

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防护罩保护人免受电击

  利用特斯拉线圈可以进行远距离的无线输电,只需建造一个特斯拉线圈的发射站和一个接收站,如果特斯拉线圈放出的能量足够高可以击穿大气层进而利用电离后的大气的导电性,就可以实现两个基站之间的无限输电了。当然,利用特斯拉线圈进行无限输电的安全性有待考量,因为借助特斯拉线圈进行长距离的输电,肯定要求发射出的电压极高(可能千万亿伏)才能击穿分布在广大空间的大气层。毫无疑问,在大气层中如果有如此高的电压,这对航空行业必然带来一定的威胁,同时对地面的高耸建筑物也会带来一定“电击”的可能。就目前我们所知道的,暂时还没有找到一条可以适合长距离的适合特斯拉线圈输电的绿色通道。

  因此,不管是从理论上还是生活实践中,短距离的无线输电(如蓝牙、电磁感应、无线网络和等离子输电)是完全可以实现。但是鉴于长距离的无线输电(激光束输电和特斯拉线圈输电)的日常生活的实用性、安全性和空间局域性(空中输电线路),长距离的无线输电还有很长的路要走。

 

参考文献

[1]蝌蚪五线谱:扔掉充电器:美国华盛顿大学研发无线网络充电技术

[2]航空制造网:很美很科幻的等离子发动机,只能应用于航天吗?

[3]科技日报:远距离无线输电获得新突破

 

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