Metamateriāla magnētiskā lauka uzlabošanai

Hercoga Universitātes (Durham, Ziemeļkarolīna, ASV) profesors Jaroslavs Uržumovs ierosināja metodi elektromagnētisko viļņu magnētiskā komponenta pastiprināšanai, nepalielinot to elektrisko komponentu. Fakts ir tāds, ka magnētisko lauku bioloģiskie audi ir caurspīdīgi, un būtu lietderīgi iemācīties precīzi nostiprināt elektromagnētisko viļņu magnētisko komponentu.

Tas pavērtu ceļu drošu levitējošu vilcienu izveidošanai, jaunu bezvadu enerģijas pārvades sistēmu izveidošanai un daudzu citu problēmu risinājumam, kur nepieciešami spēcīgi mainīgi magnētiskie lauki, un tajā pašā laikā tai jābūt drošai arī cilvēkiem. Jaunas sistēmas būs ekonomiskākas un drošākas nekā esošie analogi.

Lai iegūtu vēlamo rezultātu, Jaroslavs Uržumovs ierosināja izmantot magnētiski aktīvo metamateriālu, kura dēļ ir iespējams iegūt pietiekami spēcīgus magnētiskos laukus, izmantojot salīdzinoši mazu strāvu. Šāds risinājums samazinātu elektriskos laukus, kas šajā gadījumā ir parazītiski, un radītu drošas un spēcīgas elektromagnētiskās sistēmas.

Jaroslava un viņa kolēģu veiktā skaitliskā modelēšana parādīja, ka makroskopiski objekti, kas izveidoti, pamatojoties uz metamateriāliem ar negatīvu magnētisko caurlaidību, vairākos apstākļos spēj pastiprināt magnētiskos spēkus zemfrekvences laukos. Pētnieki šo parādību sauca par magnetostatisko virsmas rezonansi, kas principā ir līdzīga plazmas virsmas rezonansei, kas rodas optikā, kas izpaužas materiālos ar negatīvu dielektrisko konstanti.

Zinātnieku modelētajai metamateriālai, kurai raksturīga ļoti augsta, īpaša anizotropija, magnētiskā caurlaidība ir negatīva vienā virzienā, bet magnētiskā caurlaidība ir pozitīva visos citos virzienos. Pēc aprēķiniem, izgatavotie objekti rezonanses dēļ precīzi spēs strauji palielināt magnētisko lauku.

Šīs parādības pielietojums magnētiskās levitācijas sistēmās daudzkārt palielinās pacelto priekšmetu masu, un elektrības izmaksas, salīdzinot ar tradicionālajiem kolēģiem, nepalielināsies. Izstrādājuma autors, bijušais Maskavas Fizikas un tehnoloģiju institūta students Jaroslavs Uržumovs ir pārliecināts par panākumiem.

Jaunas neparasta magnētisko spēku vadības sistēmas elektromagnētiskajos laukos varēs darboties citās jomās, piemēram, niecīgi optiski pincetes atomu noturēšanai vai jaunākie elektromagnētiskie ieroči. Tas var ietvert arī WiTricity tehnoloģiju sistēmaskalpo enerģijas bezvadu pārnesei caur spēcīgu pulsējošu magnētisko lauku, kas ir pilnīgi nekaitīgs gan cilvēkiem, gan dzīvniekiem.

Saskaņā ar Jaroslava modeļiem eksperimentētāju grupa Bostonas koledžā (Bostona, Masačūsetsa, ASV) izveido šādas metamateriāla, varētu teikt, magnētiskā pastiprinātāja prototipu.

Kas attiecas uz bezvadu pārraidi caur magnētiskajiem laukiem, tad nesen kopā ar Toyota institūtu Jaroslava Uržumova grupa demonstrēja ļoti praktisku elektrības pārraidi no attāluma caur zemfrekvences magnētiskajiem laukiem.

Lai palielinātu pārraides efektivitāti, zinātnieki uzbūvēja kvadrātveida superlens, kas tika novietots starp raidītāju un uztvērēju. Kvadrātveida objektīvs sastāvēja no daudziem klucīšiem, kas pārklāti ar spirālveida vadītājiem. Iegūtās struktūras ar metamateriāla īpašību, kas mijiedarbojas ar magnētiskajiem laukiem, enerģiju nodeva šaurā konusā ar maksimālo intensitāti.

Superlensu vienā pusē tika ievietota spole - raidītājs -, pa kuru tika nodota maiņstrāva, izveidojot mainīgu magnētisko lauku. Šis magnētiskais lauks, kā gaidīts, samazināja tā intensitāti proporcionāli attāluma kvadrātam no raidītāja, tomēr, pateicoties superlensām, raidītājs, kas atrodas tā otrā pusē, uztvēra pietiekamu enerģijas daudzumu pat 30 cm attālumā. Neizmantojot starpposma objektīvu, pārraides attālums nepārsniedza 7 6 cm

Zinātnieks sacīja, ka šāda bezvadu pārraide, izmantojot metamateriālus, jau tika veikta Mitsubishi Electric laboratorijā, bet tikai no attāluma, kas nepārsniedz raidītāja izmēru. Izmantojot precīzi magnētiskos laukus, tiek panākta augsta drošība un efektivitāte. Lielākā daļa materiālu magnētiskos laukus neuztver stipri, turklāt magnētiskie lauki ar indukciju līdz 3 T ir droši, un tos jau izmanto tomogrāfijā.

Nākotnē, pamatojoties uz to, tiks izveidota bezvadu mini sīkrīki elektroniskiem sīkrīkiem. Superlēcas fokusēs magnētiskos laukus, lai uzlādētu konkrētu ierīci, un objektīva parametri varēs mainīties, un fokuss pārvietosies telpā, piemēram, sekojot viedtālrunim, kuru tā īpašnieks nēsā pa istabu, pastāvīgi mainot atrašanās vietu.

Skatīt arī par tēmu:

Atklāšanas vēsture un magnētisma būtība

Magnētiskā levitācija. Kas tas ir un kā tas ir iespējams?

Faraday būris. Darbs un pieteikšanās

Bezvadu enerģijas pārvade - pamatmetodes