2023年电磁感应与无线充电.doc

电磁感应与无线充电电磁感应与无线充电 打开文本图片集 摘 要：随着科技的发展，我们日常接触到的技术产品也飞速的更新换代，曾经很多只存在于想象中的产品已经逐渐走入了我们的生活。无线充电技术已经成为现在很多手机的一个热门买点，本文通过应用高中物理知识，对无线充电技术做出了简要的分析和介绍。一方面揭开无线充电技术的神秘面纱，另一方面也展示出对所学知识灵活运用的重要性。关键词：电磁感应；物理；无线充电技术；原理 无线充电的概念虽说是最近这两年逐渐火起来的一个技术热点，但是其设想和技术最早可以追溯到 1890 年，交流电的发明者、著名物理学家尼古拉特斯拉。他大胆设想将地球作为导体，借助放大发射机通过径向电磁波振荡的模式，在地球与地球电离层之间建立起约 8Hz 的低频共振，进而利用环绕地球的表面电磁波来传輸能量。虽然现在人们已经从理论上证明其方案的可行性，但在世界范围内实现能量广播和免费共享在现在到未来的一个时期内还是比较难以实现的。特斯拉可谓是一个超越时代的科学家、发明家，现代对于无线电能传输的研究随着科技社会飞速发展，已经逐步步入到试用阶段。2007 年，麻省理工大学发布研究成果；通过利用铜制线圈形成的电磁共振器实现了电能的无线传输。2014 年，美国电脑厂商 DELL 公司推出了可以无线充电的笔记本电脑，近两年无线充电功能的智能手机产品更可谓多种多样。并且无线充电技术也已经在新能源汽车领域实现了初步的运用，我国的中兴公司在这方面也有着较为成熟的研究。当前无线充电的方式主要包括四种：电磁感应式、磁共振式、电场耦合式和电波接收式。其中电磁感应的原理是我们高中物理所熟知的一个知识点，并且电磁感应式无线充电技术也是现在市面上比较成熟的一种技术，所以本文主要就电磁感应式无线充电技术予以讨论。一、电磁感应 电磁感应现象是由法拉第在 1831 年发现的，通俗的来说就是：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，是一个磁与电之间的相互联系和转化的关系。我们知道，电磁感应有两个必要条件，即闭合电路和穿过闭合电路的磁通量发生变化。而电磁感应指的是由于磁通量变化而产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是近代物理领域中当之无愧的最伟大的成就之一。其发现不仅揭示出电与磁之间的内在联系，并且为电、磁之间相互转化奠定了基础，使得人类获取巨大而廉价的电能，带来了一场重大的工业和技术的革命。现代电工、电子技术、电气化、自动化等诸多方面的广泛应用，使其推动社会生产力和科学技术的飞速发展，造就了我们如今现代化的社会。二、无线充电技术 如图 2 所示，是電磁感应无线充电的简单示意图。可以假设左侧 AC（电压源）电压为 Us，电路的谐振频率为；i1 和 i2 则分别为发送线圈与接收线圈的电流，Z1 和 Z2 发送线圈和接收线圈阻抗；R1 和 R2 分别代表电路的等效电阻；发送线圈串联共振电容为 C1；接收线圈串联共振电容为 C2；L1、L2 分别为发送线圈电感和接收线圈电感；M 为发送和接收线圈之间互感；负载为 RL。其基本原理在于由发射线圈和接收线圈构成一个电磁耦合感应器，发射线圈由于接入的交流电的不断震荡而产生磁场，进而通过线圈耦合使得接收的线圈中产生相应的电压。无线充电技术的效率取决于线圈之间的耦合系数（常用 K 表示）和线圈的品质因数（常表示为 Q）。理想状态下发送和接收两端通过串接谐振电容都默认为最佳谐振状态，则此时发送端和接收端能量为最高传输效率：可知，线圈耦合与初级感应线圈间的距离和其直径的比值有关，同样也与线圈的形状和两线圈间的角度有关。无线充电的实际效率可表示为上式，可以看到，影响无线传输效率的因素有：线圈外径、线圈匝数、导线宽度、线圈缠绕方向、以及线圈的相对位置变化。三、总结 通过上述介绍，我们了解到，现在看似科技感十足的无线充电技术的基础理论其实就是我们所熟悉的电磁感应定律。其实对于我们目前所学习的只是而言，每一个定理、每一个物理现象，只要深入去思考挖掘我们都会打开一片全新的天地，这也是我们对知识深入学习的乐趣所在。作者简介：施建喆（1997-），男，汉族，山西人，保定一中学生。