Metamaterialas, skirtas sustiprinti magnetinius laukus

Duke universiteto (Durhamas, Šiaurės Karolina, JAV) profesorius Jaroslavas Urzhumovas pasiūlė elektromagnetinių bangų magnetinio komponento sustiprinimo metodą, nedidinant jų elektrinio komponento. Faktas yra tas, kad biologiniai magnetinių laukų audiniai yra skaidrūs, todėl būtų naudinga išmokti tiksliai sustiprinti elektromagnetinių bangų magnetinį komponentą.

Tai atvertų kelią saugių levitacinių traukinių sukūrimui, naujų belaidžių energijos perdavimo sistemų kūrimui ir daugybės kitų problemų, kai reikia stiprių kintamųjų magnetinių laukų poreikiui, tuo pačiu turėtų būti saugūs žmonėms. Naujos sistemos bus ekonomiškesnės ir saugesnės už esamus analogus.

Norėdami gauti norimą rezultatą, Jaroslavas Uržumovas pasiūlė naudoti magnetiškai aktyvų metamaterialą, dėl kurio įmanoma gauti pakankamai stiprius magnetinius laukus, naudojant santykinai mažą srovę. Toks sprendimas sumažintų elektrinius laukus, kurie šiuo atveju yra parazitiniai, ir sukurtų saugias ir galingas elektromagnetines sistemas.

Jaroslavo ir jo kolegų atliktas skaitmeninis modeliavimas parodė, kad makroskopiniai objektai, sukurti remiantis neigiama magnetinio pralaidumo metamaterijais, daugeliu sąlygų gali sustiprinti magnetines jėgas žemo dažnio laukuose. Tyrėjai šį reiškinį pavadino magnetostatiniu paviršiaus rezonansu, kuris iš esmės yra panašus į optikoje vykstantį plazmono paviršiaus rezonansą, pasireiškiantį medžiagomis, kurių dielektrinė konstanta yra neigiama.

Mokslininkų modeliuojama metamaterija, kuriai būdinga labai aukšta, ypatinga anizotropija, turi neigiamą magnetinį pralaidumą viena kryptimi, o visomis kitomis kryptimis - magnetinį pralaidumą. Remiantis skaičiavimais, pagaminti daiktai galės tiksliai padidinti rezonansą, tiksliai padidindami magnetinį lauką.

Taikant šį reiškinį magnetinės levitacijos sistemose, keliskart padidės pakeltų objektų masė, o elektros kaina, palyginti su tradiciniais analogiškais elementais, nedidės. Plėtros autorius, buvęs Maskvos fizikos ir technologijos instituto studentas Jaroslavas Uržumovas yra tikras dėl sėkmės.

Naujos neįprastų elektromagnetinių laukų magnetinių jėgų valdymo sistemos gali veikti ir kitose srityse, pavyzdžiui, mažyčiai optiniai žnyplės, skirtos atomų laikymui, arba naujausi elektromagnetiniai ginklai. Tai taip pat gali apimti „WiTricity“ technologijos sistemostarnauja belaidžiam energijos perdavimui per stiprų pulsuojantį magnetinį lauką, kuris yra visiškai nekenksmingas žmonėms ir gyvūnams.

Pagal Jaroslavo modelius Bostono koledžo (Bostonas, Masačusetsas, JAV) eksperimentatorių grupė sukuria tokios metamaterijos, galima sakyti, magnetinio stiprintuvo prototipą.

Kalbant apie belaidį perdavimą magnetiniais laukais, neseniai kartu su „Toyota Institute“ Jaroslavo Urzhumovo grupė pademonstravo labai praktišką elektros energijos perdavimą per atstumą per žemo dažnio magnetinius laukus.

Norėdami padidinti perdavimo efektyvumą, mokslininkai pastatė kvadratinį superleną, kuris buvo dedamas tarp siųstuvo ir imtuvo. Kvadratinį lęšį sudarė daugybė kubelių, padengtų spiraliniais laidininkais. Susidariusios struktūros, turinčios metamaterijos savybes, sąveikaujančios su magnetiniais laukais, energiją perdavė siauroje spurgoje su maksimaliu intensyvumu.

Ritė - siųstuvas - buvo išdėstyta vienoje superlenso pusėje, išilgai kurios buvo perduodama kintamoji srovė, sukuriant kintamąjį magnetinį lauką. Šis magnetinis laukas, kaip ir tikėtasi, sumažino jo intensyvumą proporcingai atstumo nuo siųstuvo kvadratui, tačiau superlenčių dėka siųstuvas, esantis kitoje jo pusėje, gaudavo pakankamą energijos kiekį net 30 cm atstumu. Nenaudojant tarpinio objektyvo, perdavimo atstumas neviršijo 7 6 cm

Mokslininkas teigė, kad toks belaidis perdavimas naudojant metamaterialus jau buvo atliktas „Mitsubishi Electric“ laboratorijoje, tačiau tik per atstumą, neviršijantį siųstuvo dydžio. Dabar, naudojant tiksliai magnetinius laukus, pasiekiama aukšta sauga ir efektyvumas. Magnetiniai laukai nėra stipriai absorbuojami daugumos medžiagų, be to, magnetiniai laukai, indukcija iki 3 T, yra saugūs ir jau naudojami tomografijoje.

Ateityje šiuo pagrindu bus kuriama belaidžiai mini dalykėliai, skirti elektroninėms programėlėms. Super objektyvai sutelks dėmesį į magnetinius laukus tam, kad įkrautų tam tikrą įrenginį, o objektyvo parametrai galės keistis, o fokusas judės erdvėje, pavyzdžiui, sekant išmanųjį telefoną, kurį jo savininkas nešiojasi aplink kambarį, nuolat keisdamas vietą.

Taip pat žiūrėkite šia tema:

Atradimų istorija ir magnetizmo pobūdis

Magnetinė levitacija. Kas tai yra ir kaip tai įmanoma?

Faradėjaus narvas. Darbas ir taikymas

Belaidis energijos perdavimas - pagrindiniai metodai