Metamateriał do wzmacniania pól magnetycznych

Profesor na Uniwersytecie Duke'a (Durham, Karolina Północna, USA) Jarosław Urzhumov zaproponował metodę wzmocnienia elementu magnetycznego fal elektromagnetycznych bez zwiększania ich elementu elektrycznego. Faktem jest, że tkanki biologiczne dla pól magnetycznych są przezroczyste i przydatne byłoby nauczenie się, jak wzmocnić składnik magnetyczny fal elektromagnetycznych.

Otworzyłoby to drogę do stworzenia bezpiecznych pociągów lewitujących, do budowy nowych bezprzewodowych systemów przesyłu energii oraz do rozwiązania szeregu innych problemów, w których istnieje zapotrzebowanie na silne przemienne pola magnetyczne, a jednocześnie powinno być bezpieczne dla ludzi. Nowe systemy będą bardziej ekonomiczne i bezpieczniejsze niż istniejące analogi.

Aby uzyskać pożądany wynik, Jarosław Urzhumow zaproponował zastosowanie magnetycznie aktywnego metamateriału, dzięki któremu możliwe jest uzyskanie wystarczająco silnych pól magnetycznych przy użyciu stosunkowo niskiego prądu. Takie rozwiązanie zmniejszyłoby pola elektryczne, które w tym przypadku są pasożytnicze, i stworzyłby bezpieczne i mocne systemy elektromagnetyczne.

Modelowanie numeryczne przeprowadzone przez Yaroslava i jego współpracowników wykazało, że obiekty makroskopowe utworzone na podstawie metamateriałów o ujemnej przenikalności magnetycznej są zdolne do wzmacniania sił magnetycznych w polach o niskiej częstotliwości w wielu warunkach. Naukowcy nazwali to zjawisko magnetostatycznym rezonansem powierzchniowym, który jest zasadniczo podobny do rezonansu powierzchniowego plazmonowego występującego w optyce, który przejawia się w materiałach o ujemnej stałej dielektrycznej.

Metamateriał modelowany przez naukowców, który charakteryzuje się bardzo wysoką, specjalną anizotropią, ma przepuszczalność magnetyczną ujemną w jednym kierunku, a przepuszczalność magnetyczna jest dodatnia we wszystkich innych kierunkach. Sądząc po obliczeniach, wytworzone obiekty będą w stanie gwałtownie zwiększyć pole magnetyczne właśnie dzięki rezonansowi.

Zastosowanie tego zjawiska w systemach lewitacji magnetycznej wielokrotnie zwiększy masę podnoszonych obiektów, a koszt energii elektrycznej w porównaniu z tradycyjnymi odpowiednikami nie wzrośnie. Autor rozwoju, były student Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii Jarosław Urzhumow jest pewny sukcesu.

Nowe systemy niezwykłej kontroli sił magnetycznych w polach elektromagnetycznych będą mogły działać w innych obszarach, takich jak małe pincety optyczne do zatrzymywania atomów lub najnowsza broń elektromagnetyczna. Może to również obejmować Systemy technologii WiTricitysłużąc do bezprzewodowego transferu energii przez silne pulsujące pole magnetyczne, które są całkowicie nieszkodliwe zarówno dla ludzi, jak i zwierząt.

Zgodnie z modelami Jarosława grupa eksperymentatorów z Boston College (Boston, Massachusetts, USA) tworzy prototyp takiego metamateriału, można powiedzieć, wzmacniacza magnetycznego.

Jeśli chodzi o bezprzewodową transmisję przez pola magnetyczne, ostatnio, wspólnie z Instytutem Toyota, grupa Jarosława Użhumowa wykazała bardzo praktyczną transmisję energii elektrycznej na odległość przez pola magnetyczne o niskiej częstotliwości.

Aby poprawić wydajność transmisji, naukowcy zbudowali kwadratowy superlens, który został umieszczony między nadajnikiem i odbiornikiem. Kwadratowa soczewka składała się z wielu kostek pokrytych przewodami spiralnymi. Powstałe struktury o właściwości metamateriału oddziaływującego z polami magnetycznymi przenosiły energię w wąskim stożku o maksymalnej intensywności.

Cewka - przekaźnik - została umieszczona po jednej stronie superlensa, wzdłuż której przepływał prąd przemienny, tworząc zmienne pole magnetyczne. To pole magnetyczne, zgodnie z oczekiwaniami, zmniejszyło swoje natężenie proporcjonalnie do kwadratu odległości od nadajnika, jednak dzięki superlensom nadajnik, znajdujący się po jego drugiej stronie, otrzymał wystarczającą ilość energii nawet w odległości 30 cm. Bez zastosowania soczewki pośredniej odległość transmisji nie przekroczyła 7 6 cm

Naukowiec powiedział, że taka bezprzewodowa transmisja z wykorzystaniem metamateriałów została już przeprowadzona w laboratorium Mitsubishi Electric, ale tylko w odległości nieprzekraczającej wielkości nadajnika. Teraz, stosując dokładnie pola magnetyczne, osiąga się wysokie bezpieczeństwo i wydajność. Pola magnetyczne nie są silnie absorbowane przez większość materiałów; ponadto pola magnetyczne indukowane do 3 T są bezpieczne i są już stosowane w tomografii.

W przyszłości na tej podstawie powstanie bezprzewodowe mini gadżety do gadżetów elektronicznych. Super obiektywy skupiają pola magnetyczne, aby naładować określone urządzenie, a parametry obiektywu będą mogły się zmieniać, a ostrość porusza się w przestrzeni, na przykład, podążając za smartfonem, który jego właściciel nosi po pokoju, stale zmieniając lokalizację.

Zobacz także na ten temat:

Historia odkrycia i natura magnetyzmu

Lewitacja magnetyczna. Co to jest i jak to możliwe?

Klatka Faradaya. Praca i aplikacja

Bezprzewodowa transmisja mocy - podstawowe metody