无线充电真的不用线吗(无线充电为什么可以不用数据线)

现如今,手机不离身,几乎已经成了现代人的标配。出门在外,可以不带钱包,但是不能忘记手机,可是手机没电了怎么办呢?

不知道大家坐地铁的时候有没有发现,许多地铁和地铁站都设置了手机充电口,只需自备数据线,就能享受便捷的充电服务。

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图源:上海交通公众号

那没带数据线怎么办呢?别慌,咱还可以选择无线充电!比如上海地铁18号线上就贴心地设置了无线充电设备。

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图源:上海交通公众号

那什么是无线充电?无线充电的原理是什么?无线充电要注意点什么呢?我们一起来看看~

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什么是无线充电?

无线充电,也叫作无线电力传输,是一种将电力隔空传输至接收设备的技术[1]。

19世纪末,美国的“科学怪才”尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)提出了无线电能传输的设想,就此开启了无线电能传输技术研究的新世界。

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图源:sohu

2007年,麻省理工学院的Marin Soljacic等人利用磁耦合的方式传输60W的电能,点亮了2米外的一个灯泡[2],使得无线电能传输技术再次成为研究热点。

目前,无线电能传输技术已经被广泛应用在日常生活中,各式各样的无线充电手机、手表层出不穷。此外,它也可用于电动汽车、植入式医疗等领域[3],为人们的生活带来诸多便利。

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图源:少数派公众号

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无线充电的原理是什么?

在物理学中,有个有趣的规律,可以简答地概括为:电生磁、磁生电。也就是说,电场和磁场能在一定条件下发生相互转换。

无线充电的基本原理就是基于这个规律。首先,无线充电器(功率发射器)的交流电源将电能转换为高频交流信号。然后,线圈将这个交流信号转化为磁场。这种磁场会在接收器的接收线圈中引起电磁感应,产生交流信号。最后,接收器的电路将交流信号转化为直流信号,供设备中的电池或电子元器件使用。

简单来说,就是无线充电器把电转化为磁,设备把磁转化为电,实现充电。

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图源:知乎@杂学实验室

目前,无线充电技术有三个主要的发展方向,分别是[1]:

  • 辐射式无线充电:以电磁辐射形式进行远场充电,可以实现长距离充电;

  • 耦合式无线充电:以电磁辐射形式进行近场充电,需要功率发射器与接收器线圈紧密耦合,只能实现接触式充电;这两种方向利用的就是上文提到的电场与磁场的转换。

  • 超声波无线充电:与以上两种形式不同,超声波无线充电利用超声波换能器将电能转换为声能传输,接收端将声能转换回电能。但是这种技术仍有许多问题需要解决。

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    图源:差评公众号

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无线充电有哪些优缺点?

相较于传统的有线充电模式,无线充电最大的优点在于便捷性。无需插拔充电线,只需将设备轻轻一放,就可以实现充电。体验感超棒~

另外,无线充电也更具安全性。充电线和插头的消失有效规避了充电线老化、插头漏电的问题,再也不怕触电啦!

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图源:少数派公众号

可惜的是,无线充电也不是十全十美的!无线充电技术面临的一个问题就是充电效率低,速度慢。这是因为无线充电过程中,能量在空气中传播时,发生了损失。这部分能量会转化为热能,导致充电器和设备发热。相比之下,有线充电直接通过导线传递能量,损耗较少,充电速度更快。

此外,并不是所有的设备都支持无线充电,而且就算可以无线充电,也需要考虑充电器与设备之间的兼容性。所以说,无线充电的适用性还是有限的。

虽然理论上,有线充电的充电范围会受到充电线(或者电缆)长度的限制,而无线充电可以在更广的范围内充电,但目前手机、手表在充电时还是需要紧贴无线充电器。不过,相信随着技术的发展,无线充电的距离可以越来越长。说不定未来,电影《致命魔术》中远距离点亮灯泡的场景不是梦!

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图源:《致命魔术》

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无线充电会致癌吗?如何正确充电?

致癌?不存在的!北京工业大学应用数理学院副教授周洪直在采访时表示,无线充电的过程确实会产生一定量的辐射,但是这种辐射对人体几乎没有伤害[4]。封闭磁场对外的辐射量很少,而且充电功率不大,辐射功率还不如电磁炉,即使有辐射也是非电离辐射,所以大家可以放心使用。

那怎样正确使用无线充电呢?

  • 首先,需要确保你的设备支持无线充电功能;

  • 选用匹配的充电器,若想实现高功率快充,最好使用支持对应品牌快充私有协议的无线充电器;

  • 充电时,应将设备背面放置在充电器的充电区域,确保充电器能正确传输能量;

  • 充电时,应移除周围的金属用品,避免信号干扰;

  • 如果设备过热,请及时停止充电,避免造成安全问题;

  • 定期检查充电器的插头和接口,保证充电器处于良好的工作状态。

总而言之,只有正确进行无线充电,才能享受它带来的便利哦!

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参考文献

[1] 汪笑宇.面向实用的无线充电网络部署策略研究[D].南京:南京大学,2021:1.

[2] Kurs A, Karalis A, Moffatt R, et al. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances[J]. Science, 2007, 317(5834): 83-86.

[3] 张铭.电动汽车动态无线充电系统设计及充电控制策略研究[D].南京:东南大学,2021:3.

[4] 人民网.给手机无线充电会致癌?这个真没有[EB/OL].(2016-11-23)[2023-6-3]. kpzg.people/n1/2016/1123/c404390-28889114.html

作者:张嘉韵,复旦大学材料科学系直博生,研究方向为锂离子电池正极材料

编辑:小叮当

鸣谢:中国科学院物理研究所 姜畅博士为本文提供科学指导


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来源:上海科技馆

编辑:深浅

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