Metamateriál pro posílení magnetických polí

Profesor na Duke University (Durham, Severní Karolína, USA) Jaroslav Urzhumov navrhl metodu pro zesílení magnetické složky elektromagnetických vln bez zvýšení jejich elektrické složky. Faktem je, že biologické tkáně pro magnetická pole jsou průhledná a bylo by užitečné naučit se, jak přesně posílit magnetickou složku elektromagnetických vln.

Tím by se otevřela cesta k vytvoření bezpečných vznášejících se vlaků, k výstavbě nových bezdrátových systémů přenosu energie ak řešení řady dalších problémů, kde je třeba silně se střídat magnetická pole, a současně by to mělo být bezpečné pro člověka. Nové systémy budou ekonomičtější a bezpečnější než stávající analogy.

Pro dosažení požadovaného výsledku navrhl Jaroslav Urzhumov použití magneticky aktivního metamateriálu, díky kterému je možné získat dostatečně silná magnetická pole pomocí relativně malého proudu. Takové řešení by snížilo elektrická pole, která jsou v tomto případě parazitní, a vytvořilo by bezpečné a výkonné elektromagnetické systémy.

Numerické modelování provedené Jaroslavem a jeho kolegy ukázalo, že makroskopické objekty vytvořené na základě metamateriálů se zápornou magnetickou permeabilitou jsou schopny zesílit magnetické síly v nízkofrekvenčních polích za řady podmínek. Vědci tento jev nazvali magnetostatickou povrchovou rezonancí, která je v zásadě podobná povrchové rezonanci plazmonů vyskytující se v optice, která se projevuje v materiálech se zápornou dielektrickou konstantou.

Metamateriál modelovaný vědci, charakterizovaný velmi vysokou speciální anizotropií, má negativní magnetickou permeabilitu v jednom směru a ve všech ostatních směrech je magnetická permeabilita pozitivní. Podle výpočtů budou vyráběné objekty schopny ostře zvětšit magnetické pole přesně díky rezonanci.

Použití tohoto jevu v magnetických levitačních systémech mnohonásobně zvýší hmotnost zvednutých předmětů a cena elektřiny se ve srovnání s tradičními protějšky nezvýší. Autor vývoje, bývalý student moskevského fyzikálního a technologického institutu, Jaroslav Urzhumov, si je jistý úspěchem.

Nové systémy neobvyklé kontroly magnetických sil v elektromagnetických polích mohou fungovat v jiných oblastech, jako jsou malé optické pinzety pro držení atomů nebo nejnovější elektromagnetické zbraně. To může také zahrnovat Technologické systémy WiTricityslouží k bezdrátovému přenosu energie prostřednictvím silného pulzujícího magnetického pole, které je zcela neškodné pro lidi i zvířata.

V souladu s modely Jaroslavl vytváří skupina experimentátorů na Boston College (Boston, Massachusetts, USA) prototyp takového metamateriálu, dalo by se říci, magnetický zesilovač.

Pokud jde o bezdrátový přenos prostřednictvím magnetických polí, nedávno spolu s institutem Toyota prokázala skupina Yaroslav Urzhumov velmi praktický přenos elektřiny na dálku prostřednictvím nízkofrekvenčních magnetických polí.

Pro zvýšení účinnosti přenosu vědci vytvořili čtvercové superleny umístěné mezi vysílačem a přijímačem. Čtvercová čočka se skládala z mnoha kostek pokrytých spirálovými vodiči. Výsledné struktury s vlastností metamateriálního interakce s magnetickými poli přenášely energii v úzkém kuželu s maximální intenzitou.

Cívka - vysílač - byla umístěna na jedné straně superlenů, podél nichž prošel střídavý proud a vytvořil střídavé magnetické pole. Toto magnetické pole, jak se očekávalo, snížilo svou intenzitu úměrně s druhou mocninou vzdálenosti od vysílače, avšak díky superlenům vysílač, umístěný na druhé straně, přijímal dostatečné množství energie i ve vzdálenosti 30 cm. Bez použití prostřední čočky nepřekročila přenosová vzdálenost 7 6 cm

Vědec uvedl, že takový bezdrátový přenos pomocí metamateriálů byl již proveden v laboratoři společnosti Mitsubishi Electric, ale pouze ve vzdálenosti nepřesahující velikost vysílače. Nyní pomocí přesně magnetických polí je dosaženo vysoké bezpečnosti a účinnosti. Ve většině materiálů nejsou magnetická pole silně absorbována, navíc jsou magnetická pole indukcí do 3 T bezpečná a již se používají v tomografii.

V budoucnosti, na tomto základě, vytvoření bezdrátové miniaplikace pro elektronické přístroje. Super čočky zaostří magnetická pole, aby se nabilo konkrétní zařízení, a parametry čočky se budou moci změnit a zaostření se bude pohybovat v prostoru, například po smartphonu, který jeho majitel nese po místnosti, neustále se měnícím umístění.

Viz také téma:

Historie objevu a podstata magnetismu

Magnetická levitace. Co to je a jak je to možné?

Faradayova klec. Práce a aplikace

Bezdrátový přenos energie - základní metody