Metamateriál na vylepšenie magnetických polí

Profesor na Duke University (Durham, Severná Karolína, USA) Jaroslav Urzhumov navrhol spôsob zosilnenia magnetickej zložky elektromagnetických vĺn bez zvýšenia ich elektrickej zložky. Faktom je, že biologické tkanivá pre magnetické polia sú priehľadné a bolo by užitočné naučiť sa, ako posilniť magnetickú zložku elektromagnetických vĺn.

Tým by sa otvorila cesta na vytvorenie bezpečných vznášajúcich sa vlakov, na výstavbu nových systémov bezdrôtového prenosu energie a na riešenie mnohých ďalších problémov, pri ktorých je potrebné silné striedavé magnetické pole, a zároveň by to malo byť bezpečné pre ľudí. Nové systémy budú ekonomickejšie a bezpečnejšie ako existujúce analógy.

Aby sa dosiahol požadovaný výsledok, Jaroslav Urzhumov navrhol použitie magneticky aktívneho metamateriálu, vďaka ktorému je možné získať dostatočne silné magnetické pole pomocou relatívne nízkeho prúdu. Takéto riešenie by znížilo elektrické polia, ktoré sú v tomto prípade parazitné, a vytvorilo by bezpečné a výkonné elektromagnetické systémy.

Numerické modelovanie vykonané Jaroslavom a jeho kolegami ukázalo, že makroskopické objekty vytvorené na základe metamateriálov s negatívnou magnetickou permeabilitou sú schopné zosilňovať magnetické sily v nízkofrekvenčných poliach za mnohých podmienok. Vedci tento jav nazvali magnetostatickou povrchovou rezonanciou, ktorá je v zásade podobná povrchovej rezonancii plazmonov vyskytujúcej sa v optike, ktorá sa prejavuje v materiáloch so zápornou dielektrickou konštantou.

Metamateriál modelovaný vedcami, ktorý sa vyznačuje veľmi vysokou špeciálnou anizotropiou, má negatívnu magnetickú permeabilitu v jednom smere a vo všetkých ostatných smeroch je magnetická permeabilita pozitívna. Podľa výpočtov budú vyrobené objekty schopné ostro zväčšiť magnetické pole presne v dôsledku rezonancie.

Aplikácia tohto javu v magnetických levitačných systémoch mnohonásobne zvýši hmotnosť zdvihnutých objektov a náklady na elektrinu sa v porovnaní s tradičnými analógmi nezvýšia. Autor vývoja, bývalý študent Moskovského fyzikálneho a technologického inštitútu, Jaroslav Urzhumov má istotu úspechu.

Nové systémy neobvyklej kontroly magnetických síl v elektromagnetických poliach môžu fungovať v iných oblastiach, ako sú malé optické pinzety na držanie atómov alebo najnovšie elektromagnetické zbrane. To môže tiež zahŕňať Technologické systémy WiTricityslúži na bezdrôtový prenos energie cez silné pulzujúce magnetické pole, ktoré je úplne neškodné pre ľudí aj zvieratá.

V súlade s modelmi Jaroslavy vytvára skupina experimentátorov na Boston College (Boston, Massachusetts, USA) prototyp takého metamateriálu, dalo by sa povedať, magnetický zosilňovač.

Pokiaľ ide o bezdrôtový prenos cez magnetické polia, nedávno spolu s inštitútom Toyota preukázala skupina Yaroslav Urzhumov veľmi praktický prenos elektriny na diaľku cez nízkofrekvenčné magnetické polia.

Aby sa zvýšila účinnosť prenosu, vedci zostavili štvorcové superleny, ktoré boli umiestnené medzi vysielačom a prijímačom. Štvorcová šošovka sa skladala z mnohých kociek pokrytých špirálovými vodičmi. Výsledné štruktúry s vlastnosťou metamateriálnej interakcie s magnetickými poľami prenášali energiu v úzkom kuželi s maximálnou intenzitou.

Cievka - vysielač - bola umiestnená na jednej strane nadstavca, po ktorej prešiel striedavý prúd, čím sa vytvorilo striedavé magnetické pole. Toto magnetické pole podľa očakávania znížilo svoju intenzitu úmerne so štvorcom vzdialenosti od vysielača, ale vďaka superlenom prijímač umiestnený na druhej strane prijímal dostatok energie dokonca aj vo vzdialenosti 30 cm. Bez použitia stredovej šošovky prenosová vzdialenosť nepresiahla 7 6 cm

Vedec uviedol, že takýto bezdrôtový prenos pomocou metamateriálov sa už uskutočnil v laboratóriu spoločnosti Mitsubishi Electric, ale iba vo vzdialenosti nepresahujúcej veľkosť vysielača. Teraz pomocou presne magnetických polí sa dosiahne vysoká bezpečnosť a účinnosť. Väčšina materiálov nie je silne absorbovaná magnetickými poľami, magnetické polia indukované do 3 T sú bezpečné a už sa používajú v tomografii.

Na základe toho sa v budúcnosti vytvorí bezdrôtové miniaplikácie pre elektronické prístroje, Super šošovky budú zaostrovať magnetické polia na nabíjanie konkrétneho zariadenia a parametre šošoviek sa budú môcť meniť a zaostrenie sa bude pohybovať v priestore, napríklad po smartfóne, ktorý jeho majiteľ nosí po miestnosti, neustále sa meniacom umiestnení.

Pozri tiež tému:

História objavu a podstata magnetizmu

Magnetická levitácia. Čo je to a ako je to možné?

Faradayova klietka. Práca a aplikácia

Bezdrôtový prenos energie - základné metódy