谁说充电一定要接电线？只要让手机和充电器“心电感应”一下，就可以充电了！一起来认识“无线充电”的原理吧！
每次要帮手机、电脑，或者其他各种电器充电时，总是要接一条充电线，充电线一多，还常常接错，实在非常麻烦。幸好，现在愈来愈多的电子产品，开始使用“无线充电”的技术了！只要优雅的将手机放在一个小小的、像杯垫一样的东西上面，不必接线就能轻松充电，这么厉害的科技背后有什么原理呢？让我们一起来探究其中奥妙。
电与磁的交互作用
一般见到的无线充电，运用的是“电流磁效应”和“电磁感应”的原理。1819 年，丹麦科学家厄斯特观察到一段导线上如果通有电流，四周将会产生磁场，可以让指北针偏转。后人则进一步发现，将导线围成环状，甚至绕成线圈，产生的磁场将会更强、更集中，这称为“电流磁效应”。
至于电磁感应，则是在 1831 年由法拉第发现的。让一块磁铁或其他的磁场来源靠近一段没有电流的线圈，线圈上就会产生“感应电流”，称为“电磁感应”。值得注意的是，电磁感应的成立要件是磁场要有“变化”，例如磁铁愈来愈靠近 （愈来愈远离其实也可以）。外加磁场若是一直保持不变，是不会有感应电流的。
总而言之，电流磁效应就是电流的流动在四周产生磁场，电磁感应则是不断变化的外加磁场使线圈产生感应电流。
利用电磁感应来充电
这两种物理现象同时运用，就可以进行无线充电。目前的无线充电设备，都包含一个“充电座”，里面其实正是线圈。将充电座接到家用插头后，线圈周围会因为电流磁效应而产生磁场。要充电的电子产品，里面也都有一个线圈，当它靠近充电座时，充电座的磁场将透过电磁感应，在电子产品的线圈上产生感应电流。感应电流导引到电池，就完成了充电座和电子产品间的无线充电。
你可能会问，磁场不是要改变才能有电磁感应吗？可是充电座与充电的对象距离却始终保持不变，这样为何会有电磁感应呢？原来，家用插座中流出的电是“交流电”，也就是说电流的方向不断的交替变化，一会儿顺着流，一会儿反著流。正因为如此，充电座线圈产生的磁场随之不断在变换方向，并非保持不变，符合电磁感应的要件。
近来愈来愈多智能手机、平板电脑开始提供无线充电的功能，但是不幸的是，它们充电的时候，只要离充电座的距离稍远一些，充电效率就会明显下降。即便是最新的技术，充电距离也不能超过 5 公分，事实上，目前绝大部分可以无线充电的行动装置，都是要完全平放在充电座上才能进行，和想像中随走随充的无线充电仍有点差别。
利用共振拉长充电距离
为了增加无线充电的距离与充电效率，科学家正在设法利用“磁共振”的原理进行无线充电。在电路中加入一些电容、电感等特殊的元件，适当连接后，会形成“谐振电路”。这就好像乐器行一定会有的调音工具──音叉一样。轻敲音叉一次，它可以持续振动一段时间，同样的，对谐振电路短暂通电，电路中也会产生维持一段时间的讯号。
音叉具有“共振”这种有趣的物理性质。每支音叉都有自己的发声频率，当一支音叉振动发声时，若附近有另一支发声频率相同的音叉，即使它没有直接受到敲击，也会跟着振动。音叉的共振可以说达成了能量的传递。谐振电路也可以共振，两个振动频率相同的谐振电路放在一起，其中一个开始因为通电而振荡时，另一个电路也会跟着振荡起来，“自动”产生电流，电能就这样被隔空传送了。这样的现象称为“磁共振”，用来进行无线充电，可以让充电距离达到数米，效率也有所提升。唯一的困难就是，要将两个电路调整到一模一样的频率，并且维持一段时间，并不是容易的事。
除了磁共振之外，也有科学家尝试借由激光光的光能来充电，甚至是将电能透过和家用的 Wifi 网络相近的电波频段来传送。希望这些技术的突破，能让我们未来在充电时更加方便！
更多详细内容请参阅《科学少年》2014 年 12.1 月号
（首图来源：Flickr/New IWAS-4832EC-50 Wireless Charging Receiving Coil BY CC2.0）
