Metamaterial για την ενίσχυση μαγνητικών πεδίων

Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Duke (Durham, Βόρεια Καρολίνα, ΗΠΑ) Yaroslav Urzhumov πρότεινε μια μέθοδο για την ενίσχυση του μαγνητικού συστατικού των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων χωρίς την αύξηση του ηλεκτρικού τους στοιχείου. Το γεγονός είναι ότι οι βιολογικοί ιστοί για μαγνητικά πεδία είναι διαφανείς και θα ήταν χρήσιμο να μάθουμε πώς να ενισχύσουμε με ακρίβεια το μαγνητικό συστατικό των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Αυτό θα ανοίξει το δρόμο για τη δημιουργία ασφαλών αμαξοστοιχιών, για την κατασκευή νέων συστημάτων ασύρματης μετάδοσης ενέργειας και για την επίλυση πολλών άλλων προβλημάτων όπου υπάρχει ανάγκη για ισχυρά εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία και ταυτόχρονα θα πρέπει να είναι ασφαλές για τον άνθρωπο. Τα νέα συστήματα θα είναι πιο οικονομικά και ασφαλέστερα από τα υπάρχοντα ανάλογα.

Για να επιτύχει το επιθυμητό αποτέλεσμα, ο Yaroslav Urzhumov πρότεινε τη χρήση μαγνητικά ενεργού μετα-υλικού, λόγω του οποίου είναι δυνατή η απόκτηση επαρκώς ισχυρών μαγνητικών πεδίων χρησιμοποιώντας ένα σχετικά χαμηλό ρεύμα. Μια τέτοια λύση θα μείωνε τα ηλεκτρικά πεδία, τα οποία στην προκειμένη περίπτωση είναι παρασιτικά, και θα δημιουργούσε ασφαλή και ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά συστήματα.

Η αριθμητική μοντελοποίηση που διενεργήθηκε από τον Yaroslav και τους συναδέλφους του έδειξε ότι τα μακροσκοπικά αντικείμενα που δημιουργήθηκαν με βάση τα μετα-υλικά με αρνητική μαγνητική διαπερατότητα είναι ικανά να ενισχύουν τις μαγνητικές δυνάμεις σε πεδία χαμηλής συχνότητας υπό διάφορες συνθήκες. Οι ερευνητές ονόμασαν αυτό το φαινόμενο μαγνητοστατικός επιφανειακός συντονισμός, ο οποίος είναι παρόμοιος κατ 'αρχήν με τον επιφανειακό συντονισμό πλασμονίου που συμβαίνει στην οπτική, ο οποίος εκδηλώνεται σε υλικά με αρνητική διηλεκτρική σταθερά.

Το μετα-υλικό που σχεδιάστηκε από επιστήμονες, χαρακτηριζόμενο από μια πολύ υψηλή, ειδική ανισοτροπία, έχει αρνητική μαγνητική διαπερατότητα σε μία κατεύθυνση και σε όλες τις άλλες κατευθύνσεις η μαγνητική διαπερατότητα είναι θετική. Κρίνοντας από τους υπολογισμούς, τα κατασκευασμένα αντικείμενα θα είναι σε θέση να αυξήσουν απότομα το μαγνητικό πεδίο ακριβώς λόγω συντονισμού.

Η εφαρμογή αυτού του φαινομένου σε συστήματα μαγνητικής ανύψωσης θα αυξήσει τη μάζα των ανυψωμένων αντικειμένων πολλές φορές και το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας, σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ομολόγους, δεν θα αυξηθεί. Ο συγγραφέας της εξέλιξης, πρώην φοιτητής του Ινστιτούτου Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας, Yaroslav Urzhumov είναι σίγουρος για την επιτυχία.

Τα νέα συστήματα ασυνήθιστου ελέγχου των μαγνητικών δυνάμεων σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία θα είναι σε θέση να λειτουργούν και σε άλλες περιοχές, όπως μικροσκοπικά οπτικά τσιμπιδάκια για τη συγκράτηση ατόμων ή τα πιο πρόσφατα ηλεκτρομαγνητικά όπλα. Αυτό μπορεί επίσης να περιλαμβάνει Συστήματα τεχνολογίας WiTricityπου εξυπηρετούν την ασύρματη μεταφορά ενέργειας μέσω ενός ισχυρού παλλόμενου μαγνητικού πεδίου, που είναι εντελώς ακίνδυνα τόσο για τον άνθρωπο όσο και για τα ζώα.

Σύμφωνα με τα μοντέλα του Yaroslav, μια ομάδα πειραματιστών στο Boston College (Βοστώνη, Μασαχουσέτη, ΗΠΑ) δημιουργεί ένα πρωτότυπο ενός τέτοιου μεταλλουργικού υλικού, ένα μαγνητικό ενισχυτή.

Όσον αφορά την ασύρματη μετάδοση μέσω μαγνητικών πεδίων, πρόσφατα, μαζί με το Ινστιτούτο Toyota, μια ομάδα Yaroslav Urzhumov κατέδειξε μια πολύ πρακτική μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε απόσταση από μαγνητικά πεδία χαμηλής συχνότητας.

Για να αυξηθεί η απόδοση μετάδοσης, οι επιστήμονες έχτισαν ένα τετράγωνο superlens που τοποθετήθηκε μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Ο τετράγωνος φακός αποτελείται από πολλούς κύβους που καλύπτονται με σπειροειδείς αγωγούς. Οι προκύπτουσες δομές με την ιδιότητα του μετα-υλικού που αλληλεπιδρούν με μαγνητικά πεδία μεταφέρουν ενέργεια σε ένα στενό κώνο με μέγιστη ένταση.

Ένα πηνίο - ένας πομπός - τοποθετήθηκε στη μία πλευρά των superlens, κατά μήκος του οποίου πέρασε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, δημιουργώντας ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο, όπως αναμενόταν, μείωσε την έντασή του σε αναλογία με το τετράγωνο της απόστασης από τον πομπό, ωστόσο, χάρη στα superlens, ο πομπός που βρίσκεται στην άλλη πλευρά του, έλαβε επαρκή ποσότητα ενέργειας ακόμα και σε απόσταση 30 cm. 6 cm

Ο επιστήμονας είπε ότι μια τέτοια ασύρματη μετάδοση χρησιμοποιώντας μετα-υλικά πραγματοποιήθηκε ήδη στο εργαστήριο της Mitsubishi Electric, αλλά μόνο σε απόσταση που δεν υπερβαίνει το μέγεθος του πομπού. Τώρα, με τη χρήση μαγνητικών πεδίων, επιτυγχάνεται υψηλή ασφάλεια και αποδοτικότητα. Τα μαγνητικά πεδία δεν απορροφώνται έντονα από τα περισσότερα υλικά · επιπλέον, τα μαγνητικά πεδία με επαγωγή έως 3 Τ είναι ασφαλή και χρησιμοποιούνται ήδη στη τομογραφία.

Στο μέλλον, σε αυτή τη βάση, η δημιουργία του ασύρματα μίνι gadgets για ηλεκτρονικά gadgets. Οι υπέρλεπτοι φακοί θα εστιάσουν μαγνητικά πεδία για τη φόρτιση μιας συγκεκριμένης συσκευής και οι παράμετροι του φακού μπορούν να αλλάξουν και η εστίαση θα κινηθεί στο διάστημα, για παράδειγμα, ακολουθώντας το smartphone που μεταφέρει ο ιδιοκτήτης γύρω από το δωμάτιο, αλλάζοντας συνεχώς την τοποθεσία.

Δείτε επίσης σχετικά με το θέμα:

Ιστορία της ανακάλυψης και φύση του μαγνητισμού

Μαγνητική ανύψωση. Τι είναι αυτό και πώς είναι δυνατόν;

Faraday κλουβί. Εργασία και εφαρμογή

Ασύρματη μετάδοση ισχύος - Βασικές μέθοδοι