Metamaterial para melhorar campos magnéticos

O professor da Universidade Duke (Durham, Carolina do Norte, EUA) Yaroslav Urzhumov propôs um método para amplificar o componente magnético das ondas eletromagnéticas sem aumentar seu componente elétrico. O fato é que os tecidos biológicos para os campos magnéticos são transparentes e seria útil aprender como fortalecer precisamente o componente magnético das ondas eletromagnéticas.

Isso abriria o caminho para a criação de trens de levitação seguros, para a construção de novos sistemas de transmissão de energia sem fio e para a solução de vários outros problemas em que há necessidade de fortes campos magnéticos alternados e, ao mesmo tempo, deve ser seguro para os seres humanos. Novos sistemas serão mais econômicos e mais seguros do que os análogos existentes.

Para obter o resultado desejado, Yaroslav Urzhumov propôs o uso de metamaterial magneticamente ativo, devido ao qual é possível obter campos magnéticos suficientemente fortes usando uma corrente relativamente baixa. Essa solução reduziria os campos elétricos, que são parasitários neste caso, e criaria sistemas eletromagnéticos seguros e poderosos.

A modelagem numérica realizada por Yaroslav e seus colegas mostrou que objetos macroscópicos criados com base em metamateriais negativos de permeabilidade magnética são capazes de amplificar forças magnéticas em campos de baixa frequência sob várias condições. Os pesquisadores chamaram esse fenômeno de ressonância magnetostática da superfície, que é similar em princípio à ressonância plasmática da superfície que ocorre na óptica, que se manifesta em materiais com constante dielétrica negativa.

O metamaterial modelado pelos cientistas, caracterizado por uma anisotropia especial muito alta, tem uma permeabilidade magnética negativa em uma direção e em todas as outras direções a permeabilidade magnética é positiva. A julgar pelos cálculos, os objetos fabricados poderão aumentar acentuadamente o campo magnético precisamente devido à ressonância.

A aplicação desse fenômeno em sistemas de levitação magnética aumentará muitas vezes a massa de objetos levantados, e o custo da eletricidade, em comparação com contrapartes tradicionais, não aumentará. O autor do desenvolvimento, um ex-aluno do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, Yaroslav Urzhumov tem certeza de sucesso.

Novos sistemas de controle incomum de forças magnéticas em campos eletromagnéticos podem funcionar em outras áreas, como pequenas pinças ópticas para reter átomos ou as mais recentes armas eletromagnéticas. Isso também pode incluir Sistemas de tecnologia WiTricityservindo para transferência de energia sem fio através de um forte campo magnético pulsante, que é completamente inofensivo para humanos e animais.

De acordo com os modelos de Yaroslav, um grupo de pesquisadores do Boston College (Boston, Massachusetts, EUA) cria um protótipo desse metamaterial, poderíamos dizer, um amplificador magnético.

Quanto à transmissão sem fio através de campos magnéticos, recentemente, juntamente com o Instituto Toyota, um grupo de Yaroslav Urzhumov demonstrou uma transmissão muito prática de eletricidade a distância através de campos magnéticos de baixa frequência.

Para melhorar a eficiência da transmissão, os cientistas construíram uma superlente quadrada que foi colocada entre o transmissor e o receptor. A lente quadrada consistia em muitos cubos cobertos com condutores em espiral. As estruturas resultantes com a propriedade do metamaterial interagindo com os campos magnéticos transferiram energia em um cone estreito com intensidade máxima.

Uma bobina - um transmissor - foi colocada em um lado dos superlentes, ao longo do qual uma corrente alternada foi passada, criando um campo magnético alternado. Esse campo magnético, como esperado, diminuiu sua intensidade proporcionalmente ao quadrado da distância do transmissor, no entanto, graças aos superlentes, o transmissor, localizado do outro lado dele, recebeu uma quantidade suficiente de energia mesmo a uma distância de 30 cm. Sem o uso de uma lente intermediária, a distância de transmissão não excedeu 7 6 cm

O cientista disse que essa transmissão sem fio usando metamateriais já foi realizada no laboratório da Mitsubishi Electric, mas apenas a uma distância que não excede o tamanho do transmissor. Agora, usando campos precisamente magnéticos, alta segurança e eficiência são alcançadas. Os campos magnéticos não são fortemente absorvidos pela maioria dos materiais; além disso, os campos magnéticos por indução de até 3 T são seguros e já são utilizados na tomografia.

No futuro, é possível criar mini-aparelhos sem fio para aparelhos eletrônicos. As superlentes focalizam os campos magnéticos para carregar um dispositivo específico, e os parâmetros das lentes poderão mudar, e o foco se moverá no espaço, por exemplo, seguindo o smartphone que o proprietário carrega pela sala, mudando constantemente de local.

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