從閃電到電動汽車

黃曉東/文

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談天說地

從閃電到電動汽車

黃曉東/文

冰島火山閃電

自然界的電

雷雨之夜的閃電劃破長空猶如一道道野獸爪痕，讓人產生莫名的恐懼。那透出深厚力量的響雷，那銀龍火蛇般的電光，令人深深感受到大自然的威力。而科學家對此給出的解釋是，溫暖的上升氣流，隨著上升高度的增加逐漸變冷，水蒸氣凝結成液態水或者進一步變成冰晶。液滴和冰晶相互碰撞摩擦產生了帶電顆粒，云朵的不同部分就會積累一定程度的正電荷和負電荷。當帶有不同電荷的云朵碰到一塊兒時，就會形成閃電。

其實，電在自然界中還有很多奇幻的表演。

壯麗的火山噴發，既會噴溢出熾熱的巖漿，還會產生火山閃電。直沖云霄的火山灰中，閃電在里面不斷地孕育爆發。火山閃電的形成可能存在兩個階段：第一個階段，火山灰顆粒的摩擦、巖石的碎裂讓濃煙帶電；第二個階段，火山煙流噴上高空，火山煙流中的火山灰、巖石碎片和冰晶通過摩擦碰撞，產生正負電荷，并在重力的作用下分開，積累到一定程度，閃電隨之而來。

一些動物也能發出強有力的電流，南美洲亞馬孫河流域的電鰻靠放電捕食其他魚類，如果把它惹急了，它放出的電量足以擊倒牛、馬這樣的大型動物。

電鰻

怎樣獲得電能

從威力無邊的閃電，到可取人性命的生物電流，電是這樣地讓人望而生畏又令人著迷。人類感受到電的強大的同時，更希望有朝一日能駕馭這種神秘的自然力量。

據記載，1752年，美國科學家富蘭克林在一個雷雨天，把一只風箏放上了天。富蘭克林感到手臂發麻，風箏線上的纖維都豎了起來。之后，他成功地把天上的閃電引到了萊頓瓶（最初的電容器）。這項實驗證明了天上的雷電其實是大自然中的一種放電現象。

真正從實驗上獲得巨大進展的是英國科學家法拉第。1831年8月，他發現了電磁感應現象。這個現象可以描述為：用閉合的金屬導線的一部分去切割磁體周圍空間的磁場，導線中會感應出電流。據此，法拉第發明了人類歷史上第一個發電機——圓盤發電機。如今廣泛使用的發電機就是從它起源的。

為了獲得電能，人們在江河上筑起巨大的水壩，讓奔騰的水流推動發電機組運轉；在荒漠里豎起風力發電機，讓氣流帶動葉片旋轉；火力發電廠燃燒煤產生熱能轉變成電能；核電廠將核能轉化為電能……

萊頓瓶的構造

傳輸電力的高壓電塔

電能的無線傳輸

要把發電廠創造的電能輸送到工廠和住宅，就需要架設電纜和電線。錯綜復雜的電線如蜘蛛網般纏繞在街道邊的電線桿上，這曾經是第二次技術革命的標志性畫面。時至今日，高壓電塔依然矗立在城市邊緣、鄉村農田和山間。

早在1899年，電學奇才特斯拉就利用電磁感應原理，不通過電線傳導，隔空點亮了一盞18米外的燈泡。特斯拉是無線電能傳輸的先驅，他甚至幻想過電能的全球無線傳輸，然而由于受到當時技術條件的限制，他的天才創意并沒有從實驗室走入普通人的日常生活。

直到一百多年后的今天，電能無線傳輸技術的民用化才從夢想變成現實。我們生活中的手機無線充電器的主要工作原理，就是電磁感應。不過也有個缺點，它只適合于短距離充電的電子產品。為了實現更長距離的電能無線傳輸，人們開發了多種充電技術。

電動汽車已進入市場

電動汽車

無線充電技術之所以吸引人，原因之一是有個誘人的領地——實現電動汽車的無線充電。這種愿望驅使人們投入金錢去開發更加完善的技術。例如，汽車業巨頭奔馳和寶馬合作研發的無線充電技術已經經過了測試，并應用到了寶馬i8車系上。

電動汽車是當代最吸引人的發明之一。相對于靠燃燒汽油維持運轉的傳統汽車，電動汽車更加節能環保。純電動汽車的電動機相當于傳統汽車的發動機，蓄電池相當于原來的油箱。

油箱里的汽油如果燒完了，傳統汽車就只能趴著不動。蓄電池中的電如果沒了，電動汽車也就變成了一臺大玩具。讓人頭疼的是，為了維持汽車的正常運轉，電池中的電能會快速消耗，而充電站卻遠遠沒有加油站那么常見。

無線充電技術在電動汽車上的應用，是通過埋設于地表的一次線圈與固定于車輛底盤的二次線圈的電磁耦合來傳輸電能，對電池進行充電。

可以預見，在不久的將來，無線充電技術將在人類生活中起到更大的作用。