无线充电到底是如何工作的:电磁感应

把手机放在充电板上,它就开始充电,没有电缆,没有金属接触。这看起来像魔法。其实不是——这是一个GCSE和A-Level物理科目,正做着课程大纲所说的事情:电磁感应,与驱动发电站变压器相同的思想,被缩小到能放在你手机下面。

GCSE核心

感应运作所依赖的唯一规则

一个变化的磁场穿过一个线圈导线,会在这个线圈中感应出电压——如果这个线圈是一个完整电路的一部分,这个电压就会驱动电流流动。注意“变化”这个词:一个稳定、不动的磁场根本不会感应出任何东西。这正是为什么充电板使用交流电——一种每秒反转数千次的电流——而不是恒定电流:正是这种持续的反转让磁场保持变化,而这正是感应真正会响应的唯一东西。

两个线圈,一条看不见的连接

充电板内部有一个流过这个交流电的导线线圈,产生一个与之同步扩张和收缩的磁场。手机内部,靠近充电板的位置,有第二个线圈。充电板这个不断变化的磁场穿过手机的线圈,在其中感应出自己的交流电——手机内部的电子元件随后把它转换成电池充电真正需要的稳定直流电。

为什么这与国家电网是同一种物理原理

无线充电器和你当地变电站里的降压变压器做的是完全同样的把戏:一个流过交流电的线圈,一个变化的磁场,以及从中拾取感应电流的第二个线圈。市电变压器把两个线圈缠绕在共用的铁芯上,让磁耦合效率更高得多;而手机充电器必须通过开放的空气间隙来做到这一点,这也是它比直接插电更慢、产生更多废热的原因。同样的原理,截然不同的工程权衡。如果电磁感应、变压器或任何其他GCSE/A-Level物理科目需要用真实的机制来解释,而不是靠死记硬背的公式,这正是我们GCSE物理个别指导所做的事情——请在这里查看完整的学习路径。