無線輸電，插座末日的到來？
——由“達人秀”引爆的科技夢

文 吳凡

無線輸電，插座末日的到來？
——由“達人秀”引爆的科技夢

文 吳凡

2011年5月1日晚，中國達人秀第二季在東方衛視精彩上演，90后科學狂人盧馭龍在現場表演了特斯拉線圈的雷電效果，一場精彩的閃電科學秀讓渡劫男當場變身“雷神”，極具視覺效果的表演當即震撼全場！

隨盧馭龍的表演一道走紅的“特斯拉線圈”，是一種高頻共振變壓器，可以獲得數十萬伏的高頻電壓，曾被電學先驅、交流電之父尼古拉特斯拉用來作為發射塔，嘗試實現無線輸電的可能。

兩百年的夢想

說到無線輸電，也許你會想：如今以電話、網絡為代表的通信技術早已實現了從有線到無線的飛躍，無線上網已經是再普通不過的事，為什么無線輸電還只是夢想呢？

事實上，盡管當電磁學誕生的時候，人類就有了用無線方式輸送電力的想法，迄今已有近兩百年歷史，但直到今天，這個夢想還只是停留在原地。

19世紀上半葉，電磁鐵問世不久、電磁感應現象剛剛被發現，英國的一位牧師和自然哲學家尼古拉斯卡蘭就設計了一個簡單的無線輸電裝置：通過改變一個線圈的電流，使旁邊另一個線圈的兩端間產生火花。英國物理學家麥克斯韋用他那組優美的方程建立了完整的電磁理論體系，促成了無線通信的誕生，也使人們對無線輸電興趣更濃。而尼古拉特斯拉試圖利用地球本身和大氣電離層為導體來實現無線輸電，為此在紐約建造了一個29米高的發射塔，但由于資金耗盡，他雄心勃勃的計劃并未能實現。

此后，人們嘗試過微波、激光等許多方法，但都未能付諸實用。近兩百年間，電燈、電話、廣播、電視和互聯網給世界帶來了一次又一次翻天覆地的變化，無線輸電技術卻似乎總在原地打轉，無數人的奇思妙想和勇敢嘗試并沒有帶來實質性突破。

障礙重重，實用化仍遙遠

現在有很多科學家和怪才都在研究“無線輸電”，有的目前在科學實驗里已經獲得了成功——2007年6月8日，麻省理工學院的研究團隊經過多次試驗，成功地利用無線輸電技術，點亮了一個離電源約2米遠的60瓦電燈泡。與理想目標相比，2米實在是微不足道，但在近兩百年的努力中，這已經是令人驚喜的成績。目前這項技術的最遠輸電距離仍只能達到2.7米，但研究者相信，電源已經可以在這范圍內為電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以為整個屋里的電器供電。

盡管“無線電能傳輸”技術的出現讓人看到了擺脫電線、充電煩惱的希望，但是，研究小組承認，如果要把無線輸電技術運用到家庭和生活當中，“無線電能傳輸”技術還需改進，還有很多技術要克服，在麻省理工的燈泡實驗中，電力在傳送中流失了45%，因此輸電效率必須提高一倍才有望取代化學電池。此外，實驗使用的銅線圈非常笨重，足有0.6米高，要用于家用電器，必須實現銅線圈的最小化，更有安全是否能得到保障，電器無線接電設備，電壓是否能穩定運行等諸多的問題。

“共振”下的希望

麻省理工學院研究小組在約2米的距離上實現40%效率的無線輸電，使人們至少看到了在家庭里省去一些電線的希望。他們所用方法的核心在于“共振”。

物體在特定頻率下會比較容易振動，在其他頻率下則不然，這些特定頻率稱為固有頻率或共振頻率。有著相同共振頻率的物體，彼此交換能量的效率比較高。玩過樂器的人都對共振有直觀認識。中學物理老師會給學生做這樣的共振實驗：兩個相同的音叉，敲其中一個，另一個也會抖動發聲。

將共振原理應用于電力傳輸并不是麻省理工學院研究小組的首創，特斯拉當年的無線輸電構想，就是在地球和電離層之間建立約8赫茲的低頻共振，利用環繞地球表面的電磁波傳輸能量。在地球和電離層構成的天地諧振腔里，電磁波能量損耗很少。特斯拉的實驗中止后，并沒有人繼承這項研究，其中一個原因也許是在這種方式下電力公司沒辦法向用戶收錢吧。