211service.com
Hoe metamaterialen de draadloze krachtoverbrenging zullen stimuleren?
Stroomkabels zijn de vloek van het moderne bestaan. Als je een desktop-pc, een telefoon en misschien een mediaspeler hebt, heb je waarschijnlijk ten minste één stopcontact dat eruitziet als een spaghetti-knooppunt.
Daarom is er een groeiende interesse in draadloze krachtoverbrenging. RFID-chips zijn alomtegenwoordig in de westerse wereld dankzij de mogelijkheid om ze draadloos van kleine hoeveelheden stroom te voorzien.
Maar er zijn veel ambitieuzere pogingen gedaan om krachtigere manieren te bedenken om kracht over te dragen. De Japanners zijn al lang geïnteresseerd in het naar de grond stralen van energie vanaf zonnepanelen in de ruimte. Met beperkte eigen natuurlijke hulpbronnen zien zij dit als een manier om hun energievoorziening veilig te stellen.
Een van de beperkingen van vliegtuigen is de hoeveelheid brandstof die ze kunnen vervoeren, dus er zijn verschillende pogingen geweest om ze van stroom te voorzien met behulp van microgolven en lasers. Sommige onderzoekers hebben zelfs gekeken naar de mogelijkheid om een ruimtevaartuig op de punt van een krachtige laserstraal te lanceren en van stroom te voorzien.
Dichter bij huis heeft het idee om draagbare apparaten zoals smartphones, laptops en mediaspelers draadloos op te laden, een duidelijke aantrekkingskracht. En de afgelopen jaren zijn er verschillende apparaten voor draadloos opladen op de markt gekomen. Onderzoekers hebben zelfs de mogelijkheid aangetoond om kracht door een kamer naar deze machines te stralen.
Er zijn tal van problemen met al deze ideeën. Magnetron- en laserstralen kunnen een aanzienlijk vermogen hebben, maar ze hebben ook de neiging om alles wat in de weg staat te braden.
Inductieve opladers zijn veiliger omdat ze afhankelijk zijn van een resonantie-effect tussen twee dicht bij elkaar liggende spoelen. Maar ze zijn in de beste tijden niet bijzonder efficiënt en de efficiëntie die ze hebben, daalt van een klif naarmate de afstand tussen de spoelen groter wordt. In wiskundige termen, als de afstand tussen de spoelen d is, is de efficiëntie van de krachtoverbrenging omgekeerd evenredig met d ^ 6. Naar!
Tegenwoordig zeggen Yaroslav Urzhumov en David Smith van de Duke University in North Carolina dat er een manier is om dit drastisch te verbeteren met behulp van metamaterialen, het vreemde kunstmatige spul dat onderzoekers kunnen gebruiken om elektromagnetische golven naar hun hand te zetten.
Een van de eerste ontdekkingen over metamaterialen ongeveer tien jaar geleden was dat ze kunnen worden gebruikt om een perfecte lens te maken, dat wil zeggen een lens die kan focussen en een elektromagnetische bundel met subgolflengteresolutie. Een andere manier om dit te zeggen is dat de lens werkt wanneer deze dichterbij is dan een enkele golflengte van de bron.
Het nieuwe idee is relatief eenvoudig. Urzhumov en Smith stellen eenvoudigweg voor om een superlens tussen de twee spoelen in een inductieve oplader te plaatsen. En dat is het.
Het werk dat ze vandaag publiceren is een gedetailleerd theoretisch verslag van de verbeteringen die een dergelijk systeem zou opleveren. Ze zeggen dat zo'n lens de vorm zou aannemen van een dunne, platte plak metamateriaal en dat het de efficiëntie zou verhogen van omgekeerd evenredig met d^6 naar omgekeerd evenredig met d^3.
Dat vertaalt zich in de praktijk in een grote efficiëntieslag. De efficiëntie van de energieoverdracht met de plaat kan een orde van grootte groter zijn dan de efficiëntie van de vrije ruimte, zeggen ze.
Dat is een groot probleem in een discipline waar ingenieurs moeite hebben om de efficiëntie met een paar procent te verhogen.
Dus wanneer kunnen we zo'n apparaat verwachten? Urzhumov en Smith zeggen het niet, maar het is mogelijk om een gefundeerde gok te maken.
Smith is een van de beste bananen in de wereld van metamaterialen - hij bouwde en demonstreerde de eerste onzichtbaarheidsmantel in 2006. In feite onthulde hij het apparaat slechts een paar maanden nadat het idee om metamaterialen te gebruiken om onzichtbaarheidsmantels te maken voor het eerst werd geopperd. Het was duidelijk dat hij er al een tijdje aan werkte voordat het theorieartikel werd gepubliceerd
Het is logisch om een interessant nieuw idee geheim te houden totdat je hebt uitgewerkt hoe je het moet bouwen (en het IP-adres beschermd).
Dus afgaand op zijn vroegere vorm, vermoed ik dat Smith nu een werkende versie van zijn draadloze krachtoverbrengingsapparaat heeft en dat hij het de komende maanden publiekelijk zal demonstreren.
Referentie: arxiv.org/abs/1102.2281 : Metamateriaal-verbeterde koppeling tussen magnetische dipolen voor efficiënte draadloze energieoverdracht