Метаматеріал для посилення магнітних полів

Професор університету Дьюка (Дюрем, штат Північна Кароліна, США) Ярослав Уржумов запропонував метод посилення магнітної складової електромагнітних коливань, не збільшуючи при цьому їх електричної складової. Справа в тому, що біологічні тканини для магнітних полів прозорі, і було б корисно навчитися посилювати саме магнітну складову електромагнітних коливань.

Це відкрило б шлях до створення безпечних левітірующіх поїздів, до побудови нових систем бездротової передачі енергії, і до вирішення ряду інших завдань, де є потреба в сильних змінних магнітних полях, і в той же час це повинно бути безпечним для людини. Нові системи будуть економічніше і безпечніше вже існуючих аналогів.

Для отримання необхідного результату, Ярослав Уржумов запропонував використовувати магнітно-активний метаматериал, завдяки якому можна отримувати досить сильні магнітні поля, використовуючи при цьому струм порівняно малої сили. Таке рішення дозволило б знизити електричні поля, які є в даному випадку паразитними, і створювати безпечні і потужні електромагнітні системи.

Чисельне моделювання, проведене Ярославом і його колегами, показало, що створені на основі метаматеріалів з негативною магнітною проникністю, макроскопічні об’єкти здатні за певних умов посилювати магнітні сили в низькочастотних полях. Це явище дослідники назвали магнитостатическое поверхневим резонансом, який за принципом схожий на існуючий в оптиці плазмонний поверхневий резонанс, що виявляється в матеріалах з негативною діелектричної проникністю.

Змодельований вченими метаматериал, що відрізняється дуже високою, особливої ​​анізотропією, володіє негативною в одному напрямку магнітної проникністю, а у всіх інших напрямках магнітна проникність позитивна. Судячи з розрахунків, виготовлені об’єкти будуть здатні різко посилювати магнітне поле саме за рахунок резонансу.

Застосування цього явища в системах магнітної левітації дозволить збільшити масу піднімаються об’єктів у багато разів, причому витрати електроенергії, в порівнянні з традиційними аналогами, не зростатимуть. Автор розробки, колишній студент московського фізтеху, Ярослав Уржумов впевнений в успіху.

Нові системи незвичайного управління магнітними силами в електромагнітних полях зможуть працювати і в інших областях, як то: крихітні оптичні пінцети для утримування атомів, або новітнє електромагнітне зброю. Сюди ж можуть бути віднесені і системи технології WiTricity, службовці для бездротової передачі енергії за допомогою сильного пульсуючого магнітного поля, які абсолютно нешкідливі як для людей, так і для тварин.

Відповідно до моделями Ярослава, група експериментаторів Бостонського коледжу (Бостон, штат Массачусетс, США) створює прототип такого метаматериала, можна сказати, магнітного підсилювача.

Що стосується бездротової передачі за допомогою магнітних полів, то зовсім недавно, спільно з інститутом «Тойота», група Ярослава Уржумова продемонструвала вельми практичну передачу електроенергії на відстань за допомогою низькочастотних магнітних полів.

Для підвищення ефективності передачі, вчені спорудили квадратну суперлінзу, яка містилася між передавачем і приймачем. Квадратна лінза складалася з безлічі кубиків, покритих спіралевіднимі провідниками. Отримані конструкції, що володіють властивістю метаматериала, взаємодіючи з магнітними полями, передавали енергію у вузькому конусі з максимальною інтенсивністю.

По один бік від суперлінзи містилася котушка – передавач, по якій пропускався змінний струм, який створював змінне магнітне поле. Це магнітне поле, як і належить, знижувало свою інтенсивність пропорційно квадрату відстані про тпередатчіка, проте завдяки суперлінзу, передавач, розташований по іншу сторону від неї, брав достатню кількість енергії навіть на відстані 30 см. Без застосування проміжної лінзи, відстань передачі не перевищувало 7 , 6 см.

Вчений розповів, що така бездротова передача за допомогою метаматеріалів вже проводилася в лабораторії Mitsubishi Electric, але тільки на дистанцію, що не перевищує розміри передавача. Тепер же, із застосуванням саме магнітних полів, досягається висока безпека і ефективність. Магнітні поля не сильно поглинаються більшістю матеріалів, до того ж магнітні поля індукцією до 3 Тл безпечні, і вже використовуються в томографії.

У перспективі на цій основі можливе створення бездротових зарядних міні-пристроїв для електронних гаджетів. Суперлінзи фокусуватимуть магнітні поля для зарядки конкретного пристрою, причому параметри лінз зможуть змінюватися, і фокус буде переміщатися в просторі, наприклад, слідуючи за смартфоном, який його власник носить по кімнаті, постійно змінюючи місце розташування. 

Дивіться також по темі:

Історія відкриття і природа магнетизму

Магнітна левітація. Що це таке і як це можливо?

Клітка Фарадея. Робота і застосування

Бездротова передача електроенергії – основні способи

Андрій повну 

Ссылка на основную публикацию