无线输电，插座末日的到来？——由“达人秀”引爆的科技梦

文 吴凡

无线输电，插座末日的到来？
——由“达人秀”引爆的科技梦

文 吴凡

2011年5月1日晚，中国达人秀第二季在东方卫视精彩上演，90后科学狂人卢驭龙在现场表演了特斯拉线圈的雷电效果，一场精彩的闪电科学秀让渡劫男当场变身“雷神”，极具视觉效果的表演当即震撼全场！

随卢驭龙的表演一道走红的“特斯拉线圈”，是一种高频共振变压器，可以获得数十万伏的高频电压，曾被电学先驱、交流电之父尼古拉特斯拉用来作为发射塔，尝试实现无线输电的可能。

两百年的梦想

说到无线输电，也许你会想：如今以电话、网络为代表的通信技术早已实现了从有线到无线的飞跃，无线上网已经是再普通不过的事，为什么无线输电还只是梦想呢？

事实上，尽管当电磁学诞生的时候，人类就有了用无线方式输送电力的想法，迄今已有近两百年历史，但直到今天，这个梦想还只是停留在原地。

19世纪上半叶，电磁铁问世不久、电磁感应现象刚刚被发现，英国的一位牧师和自然哲学家尼古拉斯卡兰就设计了一个简单的无线输电装置：通过改变一个线圈的电流，使旁边另一个线圈的两端间产生火花。英国物理学家麦克斯韦用他那组优美的方程建立了完整的电磁理论体系，促成了无线通信的诞生，也使人们对无线输电兴趣更浓。而尼古拉特斯拉试图利用地球本身和大气电离层为导体来实现无线输电，为此在纽约建造了一个29米高的发射塔，但由于资金耗尽，他雄心勃勃的计划并未能实现。

此后，人们尝试过微波、激光等许多方法，但都未能付诸实用。近两百年间，电灯、电话、广播、电视和互联网给世界带来了一次又一次翻天覆地的变化，无线输电技术却似乎总在原地打转，无数人的奇思妙想和勇敢尝试并没有带来实质性突破。

障碍重重，实用化仍遥远

现在有很多科学家和怪才都在研究“无线输电”，有的目前在科学实验里已经获得了成功——2007年6月8日，麻省理工学院的研究团队经过多次试验，成功地利用无线输电技术，点亮了一个离电源约2米远的60瓦电灯泡。与理想目标相比，2米实在是微不足道，但在近两百年的努力中，这已经是令人惊喜的成绩。目前这项技术的最远输电距离仍只能达到2.7米，但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。

尽管“无线电能传输”技术的出现让人看到了摆脱电线、充电烦恼的希望，但是，研究小组承认，如果要把无线输电技术运用到家庭和生活当中，“无线电能传输”技术还需改进，还有很多技术要克服，在麻省理工的灯泡实验中，电力在传送中流失了45%，因此输电效率必须提高一倍才有望取代化学电池。此外，实验使用的铜线圈非常笨重，足有0.6米高，要用于家用电器，必须实现铜线圈的最小化，更有安全是否能得到保障，电器无线接电设备，电压是否能稳定运行等诸多的问题。

“共振”下的希望

麻省理工学院研究小组在约2米的距离上实现40%效率的无线输电，使人们至少看到了在家庭里省去一些电线的希望。他们所用方法的核心在于“共振”。

物体在特定频率下会比较容易振动，在其他频率下则不然，这些特定频率称为固有频率或共振频率。有着相同共振频率的物体，彼此交换能量的效率比较高。玩过乐器的人都对共振有直观认识。中学物理老师会给学生做这样的共振实验：两个相同的音叉，敲其中一个，另一个也会抖动发声。

将共振原理应用于电力传输并不是麻省理工学院研究小组的首创，特斯拉当年的无线输电构想，就是在地球和电离层之间建立约8赫兹的低频共振，利用环绕地球表面的电磁波传输能量。在地球和电离层构成的天地谐振腔里，电磁波能量损耗很少。特斯拉的实验中止后，并没有人继承这项研究，其中一个原因也许是在这种方式下电力公司没办法向用户收钱吧。