Usædvanlig magnetisk skal kan bane vejen for trådløs energioverførsel

En ny smart metode til magnetisk kobling af to forskellige områder kan muligvis videreudvikles til trådløs overførsel af magnetisk energi.

Teknikken kan også anvendes til at forøge følsomheden af magnetiske sensorer.

Det fremgår af en matematisk analyse, baseret på de samme principper, der også anvendes til design af optiske usynlighedskapper, og som er udført af Alvaro Sanchez og to kolleger fra Universitat Autonoma de Barcelona.

Analysemetoden kendes som transformationsoptik og er nærbeslægtet med matematiske principper, der også anvendes inden for Einsteins generelle relativitetsteori.

Den teoretiske analyse viser, at en særlig magnetisk skal både kan bruges til at opsamle et ydre magnetisk felt i et indre hulrum, og at samme magnetiske skal kan forstærke et magnetfelt uden for skallen, når eksempelvis en stangmagnet placeres inden i skallen - i forhold til situationen uden magnetisk skal.

Derved kan man i princippet placere en stangmagnet inde i en magnetisk skal, som vil give anledning til et kraftigt magnetfelt uden for skallen. Dette magnetfelt kan opsamles med en anden magnetisk skal og opsamles i denne skals hulrum.

I første omgang kun for statiske felter

Analysen er i første omgang kun baseret på statiske magnetfelter, som ikke kan overføre energi.

Sanchez og co. skriver dog i deres nye artikel i Physical Review Letters, at principperne kan overføres til varierende magnetfelter, som er af interesse for trådløs energioverførsel, hvis man kan finde eller designe eller materialer for den magnetiske skal, som besidder særlige og udsædvanlige egenskaber.

I tilfældet med statiske magnetfelter har Sanchez et bud på, hvordan den magnetiske skal kan laves.

Analysen kort fortalt

Forskerne betragter i første omgang en uendelig tynd og uendelig lang cylinder, der placeres i et statisk magnetfelt, som derved ikke forstyrrer magnetfeltet.

De fastholder nu cylinderens ydre diameter (R2), men udfører en transformation, der giver skallen en endelig tykkelse og indre diameter R1.

Denne transformation vil sammenpresse det magnetiske felt inden for skallen i et mindre område, og derved øges dets styrke. Da der ikke var noget magnetfelt i den uendelige tynde skal før transformationen, vil der heller ikke være noget felt i skallen efter transformationen.

Transformationen stiller dog samtidig krav til de magnetiske egenskaber af skallen. Det betyder eksempelvis, at permeabiliteten i den radiære retning skal være uendelig, mens permeabilitet i en radiale retning skal være nul. Permeabilitet er et udtryk for magnetiseringen af et materiale, der er udsat for et ydre magnetfelt.

Sådan kan skallen laves i praksis

Der findes ikke en skal med præcis de ønskede egenskaber, men forskerne fra Barcelona har anvist, hvordan man laver en magnetisk skal, der næsten har disse egenskaber.

Skallen opbygges af vekslende kileformede områder i den radiale retning, som skiftevis består af ferromagnetiske materialer og superledere.

Ferromagnetiske materialer har høj permeabilitet (my = 10.000), superledere har lav permeabilitet (my = 0,0001). Beregningerne viser, at med en skal opbygget af 36 eller 72 kiler opnår man et resultat, der ikke er langt fra den ideelle magnetiske skal.

En vektorforklaring

For særligt interesserede følger en kort vektorforklaring på fænomenet.

Forskerne skriver, at både ferromagneter og superledere traditionelt anvendes til at forme magnetiske felter.

Inden for den elektromagnetiske feltteori betragter man to magnetfelter: Det magnetiserende felt (H) og det inducerede magnetfelt (B). Den magnetiske energitæthed er bestemt af prikproduktet mellem B- og H- vektorerne.

Ideelle superledere og ideelle ferromagneter har ingen magnetisk energi i deres indre, da B = 0 i ideelle superledere og H = 0 i ideelle ferromagneter.

I den ideelle magnetiske skal og den version, som er opbygget med et endeligt antal kiler af vekslende materialer, er den magnetiske energitæthed også nul, da B og H altid er vinkelrette på hinanden.

Det nye i den spanske analyse er, at området deles i en indre og ydre zone, og energien i af det magnetiske felt overføres fra den ene zone til den anden. Når man kun betragter superledere eller ferromagneter, vil energien sendes tilbage til det område, hvor de magnetiske kilder findes.

Dokumentation

Magnetic energy harvesting and concentration at distance by transformation optics
Transformationsoptik (wikipedia)

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er vel ret uinteressant at få overført magnetisk energi. Langt mere interessant at overføre elektrisk energi. ;-D (De øvrige energiformer har næppe interesse)

  • 0
  • 0

Der står også at det kun er i statiske felter, så indtil videre er det uinteressant. Materialeteknisk, er det dog relevant at undersøge.

  • 0
  • 0

Sjovt nok er der også andre som samtidig er kommet på samme idé.

De har også tanker om at krydse "SAR[synthetic-aperture-radar]-chips" med metamateriale linser:

Duke University (2014, January 10). 'Superlens' extends range of wireless power transfer. ScienceDaily: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/... Citat: "... But now, Duke University researchers have demonstrated the feasibility of wireless power transfer using low-frequency magnetic fields over distances much larger than the size of the transmitter and receiver. ... The results, an outcome of a partnership with the Toyota Research Institute of North America, appear online in Scientific Reports (Nature Publishing Group) on Jan. 10. ... Yaroslav Urzhumov, assistant research professor of electrical and computer engineering at Duke University. ... "For the first time we have demonstrated that the efficiency of magneto-inductive wireless power transfer can be enhanced over distances many times larger than the size of the receiver and transmitter," said Yaroslav Urzhumov, assistant research professor of electrical and computer engineering at Duke University. ... The geometry of the coils and their repetitive nature form a metamaterial that interacts with magnetic fields in such a way that the fields are transmitted and confined into a narrow cone in which the power intensity is much higher. ... "If your electromagnet is one inch in diameter, you get almost no power just three inches away," said Urzhumov. "You only get about 0.1 percent of what's inside the coil." But with the superlens in place, he explained, the magnetic field is focused nearly a foot away with enough strength to induce noticeable electric current in an identically sized receiver coil. ... "Most materials don't absorb magnetic fields very much, making them much safer than electric fields," he said. "In fact, the FCC approves the use of 3-Tesla magnetic fields for medical imaging, which are absolutely enormous relative to what we might need for powering consumer electronics. The technology is being designed with this increased safety in mind." ... He plans to build a dynamically tunable superlens, which can control the direction of its focused power cone. ..."

  • 1
  • 0

Mon man kan lave en gravitationel metamaterialelinse?

Hvad mon man kunne anvende sådan en til :-)

Dette?:

Mere effektiv ormehulsgenerator ( https://da.wikipedia.org/wiki/Ormehul )?:

Eric W. Davis, Ph.D.: Wormhole-Stargates: Tunneling Through The Cosmic Neighborhood (pdf): http://web.archive.org/web/20061010170245/... Citat: "... 2.5 Designing a Stargate ..."

12/05/2000, Ing.dk: Paa smuttur til en fjern galakse: http://ing.dk/artikel/teknikkens-graensela... Citat: "...Ormehuller er genveje i universet. Hvis de altsaa findes..."

-

Eller dette? - meget lavere ambitionsniveau:

Retningsbestemt gravitomagnetisme?: https://da.wikipedia.org/wiki/Gravitomagne...

European Space Agency (2006, March 25). Anti-gravity Effect? Gravitational Equivalent Of A Magnetic Field Measured In Lab. ScienceDaily: http://www.sciencedaily.com/releases/2006/... Citat: "... Although just 100 millionths of the acceleration due to the Earth's gravitational field, the measured field is a surprising one hundred million trillion times larger than Einstein's General Relativity predicts ... "We ran more than 250 experiments, improved the facility over 3 years and discussed the validity of the results for 8 months before making this announcement ... "If confirmed, this would be a major breakthrough," says Tajmar, "it opens up a new means of investigating general relativity and it consequences in the quantum world." ..."

Martin Tajmar: https://en.wikipedia.org/wiki/Martin_Tajmar Citat: "... Martin Tajmar is a physicist and professor for Space Systems at the Dresden University of Technology.[1] He has research interests in advanced space propulsion systems, feep-thrusters, breakthrough propulsion physics and possible connections between gravity and superconductivity. ..."

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten