Metamáter a mágneses terek fokozására

Jaroslav Urzhumov, a Duke Egyetem professzora (Durham, Észak-Karolina, USA) egy módszert javasolt az elektromágneses hullámok mágneses elemének erősítésére anélkül, hogy azok elektromos komponensét megnövelné. A helyzet az, hogy a mágneses mezők biológiai szövetei átlátszóak, és hasznos lenne megtanulni, hogyan lehet erősíteni az elektromágneses hullámok mágneses összetevőjét.

Ez megnyitja az utat a biztonságos lebegő vonatok létrehozásához, az új vezeték nélküli energiaátviteli rendszerek felépítéséhez és számos egyéb probléma megoldásához, ahol erős váltakozó mágneses mezőkre van szükség, ugyanakkor biztonságosnak kell lennie az emberek számára. Az új rendszerek gazdaságosabb és biztonságosabb lesz, mint a meglévő analógok.

A kívánt eredmény elérése érdekében Jaroszlav Urzhumov javasolta a mágnesesen aktív anyagcsere előállítását, amelynek köszönhetően elég erős mágneses terek érhetők el viszonylag alacsony áram mellett. Egy ilyen megoldás csökkentené az elektromos mezőket, amelyek ebben az esetben paraziták, és biztonságos és erőteljes elektromágneses rendszereket hoznak létre.

Jaroszlav és munkatársai által elvégzett numerikus modellezés kimutatta, hogy a negatív mágneses permeabilitással rendelkező metaadatok alapján létrehozott makroszkopikus tárgyak számos körülmények között képesek erősíteni az alacsony frekvenciájú mezők mágneses erőit. A kutatók ezt a jelenséget magnetosztatikus felületi rezonanciának nevezték, amely elvben hasonló az optikában előforduló plazmon felületi rezonanciához, amely negatív dielektromos állandóval rendelkező anyagokban nyilvánul meg.

A tudósok által modellezett, nagyon magas, speciális anizotrópiával jellemezhető metamátrix egyirányú negatív mágneses permeabilitással rendelkezik, és minden más irányban a mágneses permeabilitás pozitív. A számítások alapján elmondható, hogy a gyártott tárgyak képesek lesznek a rezonancia miatt pontosan növelni a mágneses teret.

Ennek a jelenségnek a mágneses lebegő rendszerekben történő alkalmazása sokszor megnöveli az emelt tárgyak tömegét, és a villamosenergia-költségek a hagyományos társaikhoz képest nem növekednek. A fejlesztés szerzője, a moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet egykori hallgatója, Jaroszlav Urzhumov biztos a sikerben.

Az elektromágneses terek mágneses erőinek szokatlan vezérlésére szolgáló új rendszerek más területeken is működhetnek, például apró optikai csipeszek az atomok tartására vagy a legújabb elektromágneses fegyverek. Ide tartozhat WiTricity technológiai rendszerekszolgál vezeték nélküli energiaátvitelre egy erőteljes pulzáló mágneses mezőn keresztül, amely mind az emberek, mind az állatok számára teljesen ártalmatlan.

A Jaroszlav modelleivel összhangban a Boston College (Boston, Massachusetts, USA) kísérletezőinek egy csoportja létrehoz egy ilyen metamátatermék prototípusát, mondjuk egy mágneses erősítőt.

Ami a mágneses mezőkön keresztüli vezeték nélküli átvitelt illeti, a közelmúltban, a Toyota Intézettel, Jaroszlav Uržumov egy csoportja gyakorlatilag nagyon praktikusan továbbította a villamos energiát távolról alacsony frekvenciájú mágneses mezőken keresztül.

Az átviteli hatékonyság növelése érdekében a tudósok egy négyzet alakú szuperhúzót építettek, amelyet az adó és a vevő között helyeztek el. A négyszögletes lencsék sok spirálvezetővel bevont kockából álltak. A kapott mágneses mezőkkel kölcsönhatásba lépő szerkezetek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a mágneses mezőkkel, az energiát egy szűk kúpban adják át, maximális intenzitással.

A tekercsek egyik oldalán tekercset - egy távadót - helyeztek el, amelyen váltakozó áramot vezettek, váltakozó mágneses teret hozva létre. Ez a mágneses mező, amint az várható volt, csökkentette az intenzitását az adótól való távolság négyzetéhez viszonyítva, de a szuperhullámoknak köszönhetően a másik oldalán elhelyezkedő adó 30 cm távolságban is elegendő energiát kapott. Közbenső lencse használata nélkül az átviteli távolság nem haladta meg a 7-et. 6 cm

A tudós elmondta, hogy egy ilyen vezeték nélküli átvitelt a metaadatok felhasználásával már a Mitsubishi Electric laboratóriumában végeztek, de csak olyan távolságon, amely nem haladja meg az adó méretét. Most, pontosan mágneses terek használatával, nagy biztonság és hatékonyság érhető el. A mágneses tereket a legtöbb anyag nem abszorbeálja erősen, ráadásul a 3 T-ig terjedő indukciójú mágneses mezők biztonságosak, és a tomográfiában már használatosak.

A jövőben ezen az alapon a vezeték nélküli mini eszközök elektronikus eszközökhöz. A szuper lencsék a mágneses tereket fókuszálják egy adott eszköz feltöltéséhez, és az objektív paraméterei megváltozhatnak, és a fókusz az űrben mozog, például az okostelefon után, amelyet a tulajdonos a helyiségben hordoz, állandóan változó helyzetben.

Lásd még a témában:

A felfedezés története és a mágnesesség jellege

Mágneses lebegés. Mi ez és hogyan lehetséges?

Faraday ketrec. Munka és alkalmazás

Vezeték nélküli energiaátvitel - Alapvető módszerek