Предложено устройство для концентрации энергии магнитного поля
 Схематическое изображение теоретического устройства для фокусировки магнитного поля. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Техника, известная сегодня как трансформационная оптика, была впервые предложена около 15 лет назад. Сейчас она активно применяется для разработки новых материалов и управления светом. Задача, стоящая перед трансформационной оптикой, предусматривает направление в общем случае прямолинейно распространяющегося света по более сложной траектории. Математически эта траектория преобразовывается в своего рода «рецепт» для среды, а точнее, для ее электромагнитных свойств, в зависимости от точки, который позволяет, в конечном счете, получить подобную траекторию.
Группа ученых из Autonomous University of Barcelona (Испания) применила тот же подход к статическому магнитному полю для создания устройства, которое будет концентрировать часть энергии поля в меньшем объеме пространства, увеличивая ее плотность и упрощая обнаружение.
В рамках мысленного теоретического эксперимента ученые разместили в магнитном поле бесконечный цилиндр, оболочка которого имела бесконечно малую толщину. Сохраняя внешний диаметр цилиндра, они выполнили преобразования, обеспечившие оболочке конечную толщину, сократив, таким образом, внутренний диаметр. Эти преобразования сфокусировали магнитное поле в меньшем объеме, увеличив его интенсивность, ведь, поскольку первоначальная тонкая оболочка не имела внутри магнитного поля, оболочка конечной толщины также осталась свободной от силовых линий.
Чтобы подобная фокусировка имела место, магнитное поле должно свободно проходить через оболочку из внешнего мира в направлении центра (магнитная проницаемость в радиальном направлении должна быть бесконечной). При этом проницаемость по окружности должна быть нулевой, дабы подавлялись любые циркулярные составляющие поля. Безусловно, такого материала не существует. Однако ученые считают, что хорошее приближение может обеспечить структура, построенная из чередующихся клиньев ферромагнитного материала и сверхпроводника, ведь ферромагнетики передают поле беспрепятственно, а суперпроводники его полностью блокируют. Такое устройство, помещенное во внешнее магнитное поле, будет фокусировать его внутри оболочки.
Во второй части своей теоретической работы ученые также показали: если источник магнитного поля, к примеру, магнитный стержень, помещается внутри цилиндра, напряженность поля снаружи окажется выше, чем при рассмотрении одного лишь стержня. По мнению научной группы, такая оболочка работает в обоих направлениях, усиливая поле в зоне пространства, не содержащей источник.
Детали работы ученых опубликованы в журнале Physical Review Letters. Как считают исследователи, их работа может обеспечить повышение эффективности беспроводной передачи энергии. Источник магнитного поля, размещенный внутри одной такой оболочки, обеспечит большую напряженность поля за ее пределами. Другая оболочка, расположенная недалеко от первой, будет концентрировать часть этого поля внутри себя. Строго говоря, статическое магнитное поле не связано с передачей энергии, однако ученые предполагают, что те же выводы будут верны для медленно меняющегося магнитного поля, к примеру, такого, какое используется для зарядки беспроводных устройств.
Также по теме:
- Свет для вращения «нанотурбины»
- Нанорезонатор поможет графену активнее поглощать свет
- Первая плоская линза, фокусирующая свет без искажений
- Наноантенна преобразует свет в заряд
- Эффективный нанодвигатель может использовать свет в качестве «топлива»
Источники: