从闪电到电动汽车

黄晓东/文



谈天说地

从闪电到电动汽车

黄晓东/文

冰岛火山闪电

自然界的电

雷雨之夜的闪电划破长空犹如一道道野兽爪痕，让人产生莫名的恐惧。那透出深厚力量的响雷，那银龙火蛇般的电光，令人深深感受到大自然的威力。而科学家对此给出的解释是，温暖的上升气流，随着上升高度的增加逐渐变冷，水蒸气凝结成液态水或者进一步变成冰晶。液滴和冰晶相互碰撞摩擦产生了带电颗粒，云朵的不同部分就会积累一定程度的正电荷和负电荷。当带有不同电荷的云朵碰到一块儿时，就会形成闪电。

其实，电在自然界中还有很多奇幻的表演。

壮丽的火山喷发，既会喷溢出炽热的岩浆，还会产生火山闪电。直冲云霄的火山灰中，闪电在里面不断地孕育爆发。火山闪电的形成可能存在两个阶段：第一个阶段，火山灰颗粒的摩擦、岩石的碎裂让浓烟带电；第二个阶段，火山烟流喷上高空，火山烟流中的火山灰、岩石碎片和冰晶通过摩擦碰撞，产生正负电荷，并在重力的作用下分开，积累到一定程度，闪电随之而来。

一些动物也能发出强有力的电流，南美洲亚马孙河流域的电鳗靠放电捕食其他鱼类，如果把它惹急了，它放出的电量足以击倒牛、马这样的大型动物。

电鳗

怎样获得电能

从威力无边的闪电，到可取人性命的生物电流，电是这样地让人望而生畏又令人着迷。人类感受到电的强大的同时，更希望有朝一日能驾驭这种神秘的自然力量。

据记载，1752年，美国科学家富兰克林在一个雷雨天，把一只风筝放上了天。富兰克林感到手臂发麻，风筝线上的纤维都竖了起来。之后，他成功地把天上的闪电引到了莱顿瓶（最初的电容器）。这项实验证明了天上的雷电其实是大自然中的一种放电现象。

真正从实验上获得巨大进展的是英国科学家法拉第。1831年8月，他发现了电磁感应现象。这个现象可以描述为：用闭合的金属导线的一部分去切割磁体周围空间的磁场，导线中会感应出电流。据此，法拉第发明了人类历史上第一个发电机——圆盘发电机。如今广泛使用的发电机就是从它起源的。

为了获得电能，人们在江河上筑起巨大的水坝，让奔腾的水流推动发电机组运转；在荒漠里竖起风力发电机，让气流带动叶片旋转；火力发电厂燃烧煤产生热能转变成电能；核电厂将核能转化为电能……

莱顿瓶的构造

传输电力的高压电塔

电能的无线传输

要把发电厂创造的电能输送到工厂和住宅，就需要架设电缆和电线。错综复杂的电线如蜘蛛网般缠绕在街道边的电线杆上，这曾经是第二次技术革命的标志性画面。时至今日，高压电塔依然矗立在城市边缘、乡村农田和山间。

早在1899年，电学奇才特斯拉就利用电磁感应原理，不通过电线传导，隔空点亮了一盏18米外的灯泡。特斯拉是无线电能传输的先驱，他甚至幻想过电能的全球无线传输，然而由于受到当时技术条件的限制，他的天才创意并没有从实验室走入普通人的日常生活。

直到一百多年后的今天，电能无线传输技术的民用化才从梦想变成现实。我们生活中的手机无线充电器的主要工作原理，就是电磁感应。不过也有个缺点，它只适合于短距离充电的电子产品。为了实现更长距离的电能无线传输，人们开发了多种充电技术。

电动汽车已进入市场

电动汽车

无线充电技术之所以吸引人，原因之一是有个诱人的领地——实现电动汽车的无线充电。这种愿望驱使人们投入金钱去开发更加完善的技术。例如，汽车业巨头奔驰和宝马合作研发的无线充电技术已经经过了测试，并应用到了宝马i8车系上。

电动汽车是当代最吸引人的发明之一。相对于靠燃烧汽油维持运转的传统汽车，电动汽车更加节能环保。纯电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。

油箱里的汽油如果烧完了，传统汽车就只能趴着不动。蓄电池中的电如果没了，电动汽车也就变成了一台大玩具。让人头疼的是，为了维持汽车的正常运转，电池中的电能会快速消耗，而充电站却远远没有加油站那么常见。

无线充电技术在电动汽车上的应用，是通过埋设于地表的一次线圈与固定于车辆底盘的二次线圈的电磁耦合来传输电能，对电池进行充电。

可以预见，在不久的将来，无线充电技术将在人类生活中起到更大的作用。