Metamateriaal voor het verbeteren van magnetische velden

Professor aan de Duke University (Durham, North Carolina, VS) Yaroslav Urzhumov stelde een methode voor om de magnetische component van elektromagnetische golven te versterken zonder hun elektrische component te vergroten. Het feit is dat biologische weefsels voor magnetische velden transparant zijn en het zou nuttig zijn om te leren hoe je precies de magnetische component van elektromagnetische golven kunt versterken.

Dit zou de weg vrijmaken voor het creëren van veilige zweeftreinen, voor de bouw van nieuwe draadloze energietransmissiesystemen en voor de oplossing van een aantal andere problemen waar behoefte is aan sterke alternerende magnetische velden, en tegelijkertijd veilig voor mensen. Nieuwe systemen zullen zuiniger en veiliger zijn dan bestaande analogen.

Om het gewenste resultaat te verkrijgen, stelde Yaroslav Urzhumov het gebruik van magnetisch actief metamateriaal voor, waardoor het mogelijk is om voldoende sterke magnetische velden te verkrijgen met behulp van een relatief lage stroom. Een dergelijke oplossing zou elektrische velden, die in dit geval parasitair zijn, verminderen en veilige en krachtige elektromagnetische systemen creëren.

Numerieke modellering uitgevoerd door Yaroslav en zijn collega's toonde aan dat macroscopische objecten gemaakt op basis van negatieve magnetische permeabiliteit metamaterialen in staat zijn magnetische krachten in laagfrequente velden te versterken onder een aantal omstandigheden. Onderzoekers noemden dit fenomeen een magnetostatische oppervlakte-resonantie, die in principe vergelijkbaar is met plasmonoppervlak-resonantie die optreedt in optica, die zich manifesteert in materialen met een negatieve diëlektrische constante.

Het door wetenschappers gemodelleerde metamateriaal, gekenmerkt door een zeer hoge, speciale anisotropie, heeft een negatieve magnetische permeabiliteit in de ene richting en in alle andere richtingen is de magnetische permeabiliteit positief. Afgaande op de berekeningen, zullen de vervaardigde objecten in staat zijn om het magnetische veld precies te vergroten juist vanwege resonantie.

De toepassing van dit fenomeen in magnetische levitatie-systemen zal de massa van opgeheven objecten vele malen vergroten, en de kosten van elektriciteit, in vergelijking met traditionele tegenhangers, zullen niet toenemen. De auteur van de ontwikkeling, een voormalige student van het Moscow Physics and Technology Institute, Yaroslav Urzhumov is zeker van succes.

Nieuwe systemen voor ongebruikelijke controle van magnetische krachten in elektromagnetische velden kunnen in andere gebieden werken, zoals kleine optische pincetten voor het vasthouden van atomen of de nieuwste elektromagnetische wapens. Dit kan ook omvatten WiTricity Technology Systemsdie dienen voor de draadloze overdracht van energie door een sterk pulserend magnetisch veld, dat volledig onschadelijk is voor zowel mens als dier.

In overeenstemming met de modellen van Yaroslav, maakt een groep onderzoekers aan het Boston College (Boston, Massachusetts, VS) een prototype van zo'n metamateriaal, zou je kunnen zeggen, een magnetische versterker.

Wat draadloze transmissie via magnetische velden betreft, heeft onlangs een groep Yaroslav Urzhumov samen met het Toyota Institute een zeer praktische transmissie van elektriciteit over een afstand door laagfrequente magnetische velden aangetoond.

Om de transmissie-efficiëntie te vergroten, bouwden wetenschappers een vierkante superlens die tussen de zender en ontvanger werd geplaatst. De vierkante lens bestond uit vele kubussen bedekt met spiraalgeleiders. De resulterende structuren met de eigenschap dat metamateriaal in wisselwerking staat met magnetische velden, bracht energie over in een smalle kegel met maximale intensiteit.

Een spoel - een zender - werd aan één zijde van de superlens geplaatst, waarlangs een wisselstroom werd geleid, waardoor een wisselend magnetisch veld ontstond. Dit magnetische veld verminderde, zoals verwacht, zijn intensiteit in verhouding tot het kwadraat van de afstand tot de zender, maar dankzij de superlenzen ontving de zender, aan de andere kant ervan, voldoende energie, zelfs op een afstand van 30 cm. Zonder het gebruik van een tussenlens overschreed de transmissieafstand niet 7 6 cm

De wetenschapper zei dat een dergelijke draadloze overdracht met behulp van metamaterialen al werd uitgevoerd in het laboratorium van Mitsubishi Electric, maar alleen op een afstand die de grootte van de zender niet overschreed. Nu worden met precies magnetische velden hoge veiligheid en efficiëntie bereikt. Magnetische velden worden niet sterk geabsorbeerd door de meeste materialen; bovendien zijn magnetische velden door inductie tot 3 T veilig en worden ze al in tomografie gebruikt.

In de toekomst, op deze basis, de oprichting van draadloze minigadgets voor elektronische gadgets. Superlenzen zullen magnetische velden scherpstellen om een ​​bepaald apparaat op te laden, en de lensparameters zullen kunnen veranderen, en de focus zal zich in de ruimte verplaatsen, bijvoorbeeld door de smartphone te volgen die de eigenaar door de kamer draagt, constant van locatie veranderend.

Zie ook over het onderwerp:

Geschiedenis van ontdekking en aard van magnetisme

Magnetische levitatie. Wat is het en hoe is het mogelijk?

Kooi van Faraday. Werk en toepassing

Draadloze krachtoverbrenging - basismethoden