法拉第發現電磁感應 給你一個無線充電的世界
手提電話要充電,在以前會有不同的電線,不同的插頭。後來USB普及,不少電線和插頭都變得相容互通。時至今天,有智能電話又再走前一步,不用電線或插頭,只須放在充電座之上,綠色的電量棒就會緩緩上升。
不止電話,愈來愈多科技產品都引入無線充電,不用再拖着長長的尾巴,簡單、方便。但可能令人意外的是,應用看似嶄新,背後技術卻相當老成—誕生於1831年的電磁感應。
從前有一個英國人,名叫法拉第(Michael Faraday)。雖然他「輸在起跑線」,家境草根,父親是個鐵匠。但法拉第成長時期,負責送報紙,在印書店打工,也因此能夠閱讀不少書本,其中對電學尤感興趣。
當法拉第還是十來歲的時候,丹麥科學家奧斯特(Hans Christian Ørsted)已經發現了電流會影響指南針。法拉第猜想,可能磁也會影響電,兩者關係雙向。於是他花了多年時間做實驗,最後在1831年的8月29日,法拉第終於發現了電磁感應—原來電流改變會產生磁場,磁場改變亦會反過來產生電流。
雖然要到後來的馬克士威(James Clerk Maxwell),才發展出完整的電磁理論,但法拉第的貢獻斐然,用來表達電磁感應的方程式,甚至以「法拉第定律」為名,以茲紀念。
電能生磁 磁能生電
近年智能電話等科技產品,紛紛推出無線充電功能,借用的就是法拉第的智慧。原理其實很簡單,充電座內含金屬線圈,當電流經過並且震盪之時,就會在附近空間產生震盪的磁場。放在附近的電話亦都內含金屬線圈,震盪的磁場會在線圈產生電流,為電話充電。一言以蔽之,就是將電轉換成磁場,再隔空為電話充電。
法拉第早在185年前已經發現電磁感應,但為何到近年才大派用場?關鍵之一在於物料所限。現在細小的金屬線圈,已經能震盪頻密,產生足夠磁場和接收電流,比起法拉第年代的實驗好得多。無線充電是不少創新科技的發展方向,懸浮充電、圓柱體設計,款式日新月異,業界亦制定了統一標準Qi。
朝向無線 有賴三大優勢
在美國,不少星巴克咖啡店都提供無線充電服務。在英國的麥當勞,也不難找到無線充電器。向來廣受歡迎的宜家家居,推出愈來愈多的無線充電產品,智能手機放到上面,即可充電。雖然距離一遠,充電即會減慢,但無線充電座可以一次過為多個產品充電,比起插線甚具優勢。其次,導體可嵌入多種設施,設計隱閉,在家居設計上相當美觀。再者,金屬線圈收藏在內亦更加安全,沒有以往的觸電風險,即使在浴室之內,無線充電也沒問題。
隨着近年電動車開始盛行,無線充電亦在智能電話和家居產品之外,找到了另一片天空。因為汽車通常停泊在固定地點,而且不少時間也是閒置不用,如果車位能夠提供無線充電,將會是一個「合晒合尺」的應用。雖然電動車充電往往需要很大「Watt數」,但美國現時的技術已經做到無線充電一小時,行走近100公里,功效絕不遜色。或許在不久將來,法拉第的電磁感應已經可以再展拳腳,在電動車發展上成為關鍵一環。