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無線充電原理

無線充電原理:電磁感應、無線電波及核磁共振

無線充電器的工作原理利用的是法拉第電磁感應,當電流通過線圈之後,便會產生出磁場;而產生的磁場又會形成電壓,有了電壓之後便會產生電流,有了電流便可以充電。無線充電器便是這樣擺脫電線的束縛的。目前最為常見的無線充電解決方案主要是:電磁感應,通過初級和次級線圈感應產生電流,從而將能量從傳輸段轉移到接收端,該解決方案提供商包括英國Splashpower、美國WildCharge和Fulton Innovation等公司。無線電波是另一個發展較為成熟的技術,其基本原理類似於早期使用的礦石收音機。有公司研發的微型高效接收電路,可以捕捉到從牆壁彈回的無線電波能量,在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。只需一個安裝在牆身插頭的發送器,以及可以安裝在任何低電壓產品的“蚊型”接收器,就可將無線電波轉化成直流電在約1米範圍內為不同電子裝置的電池充電。另一種尚在研究中的技術是電磁共振,還有一種是激光束傳輸,但難點在於激光束需要固定通道
英國衛報(The Guardian)最近刊出了一篇報道, 引述Nokia英國研究所表示. Nokia已掌握適切技術, 利用一枝可接收極寛頻帶(500MHz-10GHz)的天線收集大氣電波之中極微弱的電磁波(EM wave), 再利用與現時無線充電類似的方法, 將之轉化為電能為電話充電.

各位可能會疑問, 大氣電波所附的能量理應極少, 真的可以為電話充電的話, 不是會違反"You won’t get anything for nothing"這一條物理根本嗎?

先要說明的是, 此技術並非要取代從USB充電的動作, 因為現階段利用天線充電只可以達到2mW. 這或者代表不了什麼, 但研究所方面表示, 此技術的短期目標是超越20mW. 如此就可以等同一部手機待機時所消耗的功率, 這就暗示將來的手機可以做到無限待機(注意大氣電波並不限於手機, 500MHz在香港某部份地區已經有電視訊號).而如果達成最終目標50mW的話, 此技術甚至可以真正為手機(緩慢地)充電
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雷電的形成

雷是一種大氣中放電現象。雷在形成過程中,某些部分積聚起正電荷,另一部分積聚起負電荷,當這些電荷積聚到一定程度時,就產生放電現象。這種放電有的是在雲層與雲層之間進行,有的是在雲層與大地之間進行。後一種放電也就是落雷,會破壞建築物、電氣設備,傷害人畜。這種放電時間短促,一般約50~100微秒,但電流則異常強大,能達到數萬安培到數十萬安培。放電時產生強烈的光,這就是閃電。閃電時,將釋放出大量熱能,瞬間能使空氣溫度升高1萬~2萬℃,空氣的壓強可達70個大氣壓。這樣大的能量,具有極大的破壞力,往往會造成火災和人畜的傷亡。


    雷電的產生原理


    當空中的塵埃、冰晶等物質在雲層中翻滾運動的時候,經過一些複雜過程,使這些物質分別帶上了正電荷與負電荷。那麼,由於同一種物質品質相當,又帶上相同的電荷。經過運動,帶上相同電荷的品質較重的物質會到達雲層的下部(一般為負電荷);帶上相同電荷的品質較輕的物質會到達雲層的上部(一般為正電荷)。這樣,同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心。當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時,就形成雲間放電。當帶負電荷的雲層向下靠近地面時,地面的凸出物、金屬等會被感應出正電荷,隨著電場的逐步增強,雷雲向下形成下行先導,地面的物體形成向上閃流 ,二者相遇即形成 對地放電 。  

  雷電的主要特點

  1.衝擊電流大。其電流高達幾萬至幾十萬安培;
  
  2.時間短。一般雷擊分為三個階段,即先導放電、主放電、餘光放電。整個過程一般不 會超過60微秒;
   
  3.頻率高。雷電流變化梯度大,有的可達10千安/微秒;
  
  4.衝擊電壓高,強大的電流產生的交變磁場,其感應電壓可高達上億伏。



不管是直擊雷還是感應雷都與帶電的雲層存在分不開,帶電的雲層稱爲雷雲。有關雷雲形成的假說很多,但至今尚未有一種被公認爲無懈可擊的完整學說,這裏我們只介紹其中被認爲比較完善並經常被推薦的假說。



根據大量科學測試可知,地球本身就是一個電容器。通常大地穩定地帶正電荷50萬C左右,而地球上空存在一個帶負電的電離層,這兩者之間便形成一個已充電的電容器,它們之間的電壓爲300KV左右,並且場強爲上負下正。


當地面含水蒸汽的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升,或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會産生向上的氣流。這些含 水蒸氣的上升氣流上升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹(稱爲水成物),這些水成物在地球靜電場的作用下被極化,負電荷在上,正電荷在下,它們在重力作用下落下的速度比雲滴和冰晶(這二者稱爲雲粒子)要大,因此極化水成物在下落過程中要與雲粒子發生碰撞。碰撞的結果足其中一部分雲粒子被水成物所捕獲,增大了水成物的體積,另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的雲粒子帶走水成物前端的部分正電荷,使水成物帶上負電荷。由于水成物下降的速度快。而雲粒子下降的速度慢,因此帶正、負兩種電荷的微粒逐漸分離(這叫重力分離作用),如果遇到上升氣流,雲粒子不斷上升,分離的作用更加明顯。最後形成帶正電的雲粒子在雲的上部,而負電的水成物在雲的下部,或者帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當上面所講的帶電雲層一經形成,就形成雷雲空間電場,空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向足一致的,都是上負下正,因而加強了大氣的電場強度,使大氣中水成物的極化更厲害、在上升氣流存在的情況下更加劇力分離作用,使雷雲發展得更快。



從上面的分析,好像雷雲總是上層帶正電荷,下層帶負電荷。實際上氣流並不單是只有上下移動,而比這種運動更爲複雜。因此雷雲電荷的分布也比上面講的要複雜得多。
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