Metamaterial för att förbättra magnetfält

Professor vid Duke University (Durham, North Carolina, USA) Yaroslav Urzhumov föreslog en metod för att förstärka den magnetiska komponenten i elektromagnetiska vågor utan att öka deras elektriska komponent. Faktum är att biologiska vävnader för magnetfält är transparenta, och det skulle vara användbart att lära sig att stärka den magnetiska komponenten i elektromagnetiska vågor.

Detta skulle öppna vägen för skapandet av säkra leviterande tåg, till byggandet av nya trådlösa energitransmissionssystem och till lösningen av ett antal andra problem där det finns behov av starka växlande magnetfält, och samtidigt bör det vara säkert för människor. Nya system kommer att vara mer ekonomiska och säkrare än existerande analoger.

För att uppnå det önskade resultatet föreslog Yaroslav Urzhumov användning av magnetiskt aktivt metamaterial, på grund av vilket det är möjligt att erhålla tillräckligt starka magnetfält med en relativt låg ström. En sådan lösning skulle minska elektriska fält, som i detta fall är parasitiska, och skapa säkra och kraftfulla elektromagnetiska system.

Numerisk modellering utförd av Jaroslav och hans kollegor visade att makroskopiska objekt skapade på basis av metamaterial med negativ magnetisk permeabilitet kan förstärka magnetiska krafter i lågfrekventa fält under ett antal förhållanden. Forskarna kallade detta fenomen en magnetostatisk ytresonans, som i princip liknar plasmons ytresonans som förekommer i optik, som manifesterar sig i material med negativ dielektrisk konstant.

Det metamaterial som modellerats av forskare, som kännetecknas av en mycket hög, speciell anisotropi, har magnetisk permeabilitet negativt i en riktning, och magnetisk permeabilitet är positiv i alla andra riktningar. Utifrån beräkningarna kommer de tillverkade föremålen att kunna öka magnetfältet kraftigt på grund av resonans.

Tillämpningen av detta fenomen i magnetiska levitationssystem kommer att öka massan av lyfta föremål många gånger, och kostnaden för elektricitet, jämfört med traditionella motsvarigheter, kommer inte att öka. Utvecklingsförfattaren, en tidigare student vid Moskva Fysik och Teknologiska institutet, Yaroslav Urzhumov är säker på framgång.

Nya system med ovanlig kontroll av magnetiska krafter i elektromagnetiska fält kan fungera i andra områden, såsom små optiska pincetter för att hålla atomer, eller de senaste elektromagnetiska vapnen. Detta kan också inkludera WiTricity Technology Systemstjänar för trådlös energiöverföring genom ett starkt pulserande magnetfält, som är helt ofarliga för både människor och djur.

I enlighet med modellerna från Jaroslav skapar en grupp experimenter vid Boston College (Boston, Massachusetts, USA) en prototyp av ett sådant metamaterial, kan man säga, en magnetförstärkare.

När det gäller trådlös överföring via magnetfält visade nyligen, tillsammans med Toyota Institute, en grupp av Jaroslav Urzhumov en mycket praktisk överföring av elektricitet över ett avstånd genom lågfrekventa magnetfält.

För att öka överföringseffektiviteten byggde forskare en fyrkantig superlens som placerades mellan sändaren och mottagaren. Den fyrkantiga linsen bestod av många kuber täckta med spiralledare. De resulterande strukturerna med egenskapen av metamaterial som interagerar med magnetfält överförde energi i en smal kon med maximal intensitet.

En spole - en sändare - placerades på en sida av superlenserna, längs vilken en växelström passerade, vilket skapade ett växlande magnetfält. Som förväntat minskade detta magnetfält sin intensitet i förhållande till kvadratet på avståndet från sändaren, men tack vare superlenserna fick sändaren, belägen på andra sidan den, en tillräcklig mängd energi även på ett avstånd av 30 cm. Utan användning av en mellanlins överskred transmissionsavståndet inte 7 6 cm

Forskaren sa att en sådan trådlös överföring med metamaterial redan utfördes i laboratoriet hos Mitsubishi Electric, men endast på ett avstånd som inte översteg sändarens storlek. Med exakt magnetfält uppnås hög säkerhet och effektivitet. Magnetfält absorberas inte starkt av de flesta material, dessutom är magnetfält genom induktion upp till 3 T säkra och används redan i tomografi.

I framtiden, på denna grundval, skapandet av trådlösa mini-prylar för elektroniska prylar. Superlinser kommer att fokusera magnetfält för att ladda en viss enhet, och linsparametrarna kan förändras, och fokus kommer att röra sig i rymden, till exempel efter att smarttelefonen som dess ägare bär runt i rummet, ständigt förändrar plats.

Se även ämnet:

Historia om upptäckt och magnetismens natur

Magnetisk levitation. Vad är det och hur är det möjligt?

Faraday bur. Arbete och applikation

Trådlös kraftöverföring - grundläggande metoder