Metamateriale til forbedring af magnetiske felter

Professor ved Duke University (Durham, North Carolina, USA) Yaroslav Urzhumov foreslog en metode til at forstærke den magnetiske komponent i elektromagnetiske bølger uden at øge deres elektriske komponent. Faktum er, at biologiske væv til magnetiske felter er gennemsigtige, og det ville være nyttigt at lære, hvordan man styrker den magnetiske komponent i elektromagnetiske bølger.

Dette ville åbne vejen for oprettelse af sikre, leviterende tog, til opførelsen af ​​nye trådløse energitransmissionssystemer og til løsningen af ​​en række andre problemer, hvor der er behov for stærke vekslende magnetfelter, og på samme tid bør det være sikkert for mennesker. Nye systemer vil være mere økonomiske og sikrere end eksisterende analoger.

For at opnå det ønskede resultat foreslog Yaroslav Urzhumov brugen af ​​magnetisk aktivt metamateriale, på grund af hvilket det er muligt at opnå tilstrækkeligt stærke magnetfelter under anvendelse af en relativt lav strøm. En sådan løsning ville reducere elektriske felter, der er parasitære i dette tilfælde, og skabe sikre og kraftfulde elektromagnetiske systemer.

Numerisk modellering udført af Yaroslav og hans kolleger viste, at makroskopiske objekter skabt på basis af metamaterialer med negativ magnetisk permeabilitet er i stand til at forstærke magnetiske kræfter i lavfrekvente felter under et antal betingelser. Forskere kaldte dette fænomen en magnetostatisk overfladeresonans, der principielt ligner plasmonoverfladeresonans, der forekommer i optik, som manifesterer sig i materialer med negativ dielektrisk konstant.

Metamaterialet, der er modelleret af forskere, kendetegnet ved en meget høj, speciel anisotropi, har en negativ magnetisk permeabilitet i en retning, og i alle andre retninger er den magnetiske permeabilitet positiv. Når man vurderer beregningerne, vil de fremstillede genstande være i stand til kraftigt at øge magnetfeltet netop på grund af resonans.

Anvendelsen af ​​dette fænomen i magnetiske levitationssystemer vil øge massen af ​​løftede genstande mange gange, og omkostningerne ved elektricitet i sammenligning med traditionelle kolleger vil ikke stige. Forfatteren til udviklingen, en tidligere studerende ved Moskva Fysisk og Teknologisk Institut, Yaroslav Urzhumov, er sikker på succes.

Nye systemer med usædvanlig kontrol af magnetiske kræfter i elektromagnetiske felter kan fungere i andre områder, såsom små optiske pincetter til at holde atomer, eller de nyeste elektromagnetiske våben. Dette kan også omfatte WiTricity-teknologisystemertjener til trådløs energioverførsel gennem et stærkt pulserende magnetfelt, som er helt ufarlige for både mennesker og dyr.

I overensstemmelse med Yaroslav-modellerne skaber en gruppe eksperimenter ved Boston College (Boston, Massachusetts, USA) en prototype af et sådant metamateriale, man måske kunne sige, en magnetforstærker.

Hvad angår trådløs transmission gennem magnetiske felter, demonstrerede en gruppe Yaroslav Urzhumov for nylig sammen med Toyota Institute en meget praktisk transmission af elektricitet over en afstand gennem lavfrekvente magnetfelter.

For at øge transmissionseffektiviteten byggede forskere en firkantet superlens, der blev placeret mellem sender og modtager. Den firkantede linse bestod af mange terninger dækket med spiralledere. De resulterende strukturer med egenskaben af ​​metamateriale, der interagerer med magnetiske felter, overførte energi i en smal kegle med maksimal intensitet.

En spole - en sender - blev placeret på den ene side af superlenerne, langs hvilken en vekselstrøm blev ført, hvilket skabte et vekslende magnetfelt. Som forventet faldt dette magnetfelt sin intensitet i forhold til kvadratet på afstanden fra transmitteren, men takket være superlenserne modtog transmitteren, der var placeret på den anden side af det, en tilstrækkelig mængde energi selv i en afstand af 30 cm. Uden brug af en mellemlinse overskredte transmissionsafstanden ikke 7 6 cm

Videnskabsmanden sagde, at en sådan trådløs transmission ved hjælp af metamaterialer allerede blev udført i laboratoriet hos Mitsubishi Electric, men kun i en afstand, der ikke oversteg transmitterens størrelse. Nu ved hjælp af nøjagtigt magnetiske felter opnås høj sikkerhed og effektivitet. Magnetfelter absorberes ikke stærkt af de fleste materialer; magnetfelter ved induktion op til 3 T er desuden sikre og anvendes allerede i tomografi.

I fremtiden, på dette grundlag, oprettelse af trådløse mini-gadgets til elektroniske gadgets. Superlinser fokuserer magnetfelter for at oplade en bestemt enhed, og objektivparametrene kan ændre sig, og fokus vil bevæge sig i rummet, for eksempel efter at den smartphone, som dens ejer bærer rundt i rummet, konstant skifter placering.

Se også om emnet:

Historie om opdagelse og magnetisme

Magnetisk levitation. Hvad er det, og hvordan er det muligt?

Faraday bur. Arbejde og anvendelse

Trådløs kraftoverførsel - grundlæggende metoder