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(chǎn)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(xué)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(jié)成液態(tài)水或者進一步變成冰晶。液滴和冰晶相互碰撞摩擦產(chǎn)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(fù)電荷。當(dāng)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(fā)，既會噴溢出熾熱的巖漿，還會產(chǎn)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(fā)。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(chǎn)生正負(fù)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(fā)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(jù)記載，1752年，美國科學(xué)家富蘭克林在一個雷雨天，把一只風(fēng)箏放上了天。富蘭克林感到手臂發(fā)麻，風(fēng)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(xiàn)象。

真正從實驗上獲得巨大進展的是英國科學(xué)家法拉第。1831年8月，他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這個現(xiàn)象可以描述為：用閉合的金屬導(dǎo)線的一部分去切割磁體周圍空間的磁場，導(dǎo)線中會感應(yīng)出電流。據(jù)此，法拉第發(fā)明了人類歷史上第一個發(fā)電機——圓盤發(fā)電機。如今廣泛使用的發(fā)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(fā)電機組運轉(zhuǎn)；在荒漠里豎起風(fēng)力發(fā)電機，讓氣流帶動葉片旋轉(zhuǎn)；火力發(fā)電廠燃燒煤產(chǎn)生熱能轉(zhuǎn)變成電能；核電廠將核能轉(zhuǎn)化為電能……

萊頓瓶的構(gòu)造

傳輸電力的高壓電塔

電能的無線傳輸

要把發(fā)電廠創(chuàng)造的電能輸送到工廠和住宅，就需要架設(shè)電纜和電線。錯綜復(fù)雜的電線如蜘蛛網(wǎng)般纏繞在街道邊的電線桿上，這曾經(jīng)是第二次技術(shù)革命的標(biāo)志性畫面。時至今日，高壓電塔依然矗立在城市邊緣、鄉(xiāng)村農(nóng)田和山間。

早在1899年，電學(xué)奇才特斯拉就利用電磁感應(yīng)原理，不通過電線傳導(dǎo)，隔空點亮了一盞18米外的燈泡。特斯拉是無線電能傳輸?shù)南闰?qū)，他甚至幻想過電能的全球無線傳輸，然而由于受到當(dāng)時技術(shù)條件的限制，他的天才創(chuàng)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(shù)的民用化才從夢想變成現(xiàn)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(yīng)。不過也有個缺點，它只適合于短距離充電的電子產(chǎn)品。為了實現(xiàn)更長距離的電能無線傳輸，人們開發(fā)了多種充電技術(shù)。

電動汽車已進入市場

電動汽車

無線充電技術(shù)之所以吸引人，原因之一是有個誘人的領(lǐng)地——實現(xiàn)電動汽車的無線充電。這種愿望驅(qū)使人們投入金錢去開發(fā)更加完善的技術(shù)。例如，汽車業(yè)巨頭奔馳和寶馬合作研發(fā)的無線充電技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了測試，并應(yīng)用到了寶馬i8車系上。

電動汽車是當(dāng)代最吸引人的發(fā)明之一。相對于靠燃燒汽油維持運轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)汽車，電動汽車更加節(jié)能環(huán)保。純電動汽車的電動機相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。

油箱里的汽油如果燒完了，傳統(tǒng)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(zhuǎn)，電池中的電能會快速消耗，而充電站卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有加油站那么常見。

無線充電技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用，是通過埋設(shè)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(yù)見，在不久的將來，無線充電技術(shù)將在人類生活中起到更大的作用。