Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

Текущий

2003

2002

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

22.11.2018
14:01

МКС: 20 лет в космосе

22.11.2018
13:57

Инженеры из США разработали прототип самолета, который летает за счет заряженных молекул

21.11.2018
19:30

Ученые обнаружили похожую на головастика погибшую галактику

21.11.2018
19:21

Из-за таяния льдов Антарктиды уровень моря будет повышаться сильнее, чем предполагалось

21.11.2018
18:52

Земля поглощает собственные океаны

21.11.2018
18:48

Климатическая модель стала ключом к обитаемости многопланетной системы TRAPPIST-1

21.11.2018
18:34

В России появится новая госпрограмма по освоению Луны

21.11.2018
18:30

В НТС Роскосмоса рассказали об условиях пребывания на Луне

21.11.2018
18:26

Подо льдами Антарктиды обнаружен мощный источник радиации

21.11.2018
18:03

ЦЕРН рассчитывает на участие России в обновлении БАК

21.11.2018
17:58

Ученые усомнились в обитаемости "семи сестер Земли" у соседней звезды

21.11.2018
17:36

Желоба на поверхности спутника Марса были вырезаны катящимися камнями

21.11.2018
17:32

Новые данные по составу атмосферы экзопланеты HR 8799c

21.11.2018
17:02

Физики построили магнитный диод

    Австрийские физики построили магнитный диод — прибор, который пропускает магнитный поток только в одном направлении. Для этого ученые поместили одну из катушек индуктивности внутрь полого круглого проводника с U-образным сечением и заставили его вращаться. Параллельно исследователи измеряли взаимную индуктивность этой катушки с катушкой, расположенной под основанием проводника. При определенной частоте вращения одна из индуктивностей обращалась в ноль, а другая оставалась конечной, то есть принцип взаимности нарушался. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

    Одним из основных принципов электростатики и магнитостатики является принцип взаимности, который связывает два источника поля и потенциалы, которые они создают. Чтобы понять, в чем заключается этот принцип, рассмотрим систему двух зарядов q1 и q2, расположенных в точках r1 и r2 (будем обозначать векторы жирным шрифтом). Первый заряд создает электростатическое поле с потенциалом φ1(r) = q1/|r—r1|, второй заряд — с потенциалом φ2(r) = q2/|r—r2|, где вектор r задает положение точки, в которой мы хотим посчитать потенциал. Следовательно, энергия первого заряда в поле второго равна W12 = q1φ2(r1) = q1q2/|r1—r2|, энергия второго заряда в поле первого W21 = q2φ1(r2)= q1q2/|r2—r1|. Легко видеть, что энергии W12 и W21 совпадают. Грубо говоря, принцип взаимности заключается именно в равенстве этих энергий, только в действительности его можно записать в более общей форме и распространить на случай магнитостатики.

    Чтобы вывести принцип взаимности для случая магнитостатики, рассмотрим систему двух токов J1 и J2, которые создают магнитные поля с напряженностью H1 и H2. Соответствующие векторные потенциалы связаны с напряженностями через тензор магнитной проницаемости: μH1,2 = ∇×A1,2. Дополняя это равенство уравнениями Максвелла, можно показать, что ∇∙(H1×A2 — H2×A1) = H2μH1 — H1μH2 + A2J1 — A1J2. Если тензор магнитной проницаемости симметричен и линеен, то есть не зависит от напряженности магнитного поля, первые два члена сократятся. Более того, если проинтегрировать равенство по замкнутому контуру, его левая часть обратится в ноль, поскольку представляет собой полную производную. Это условие выполняется для вакуума, а также для большинства диэлектриков и парамагнетиков в пределе не слишком сильных полей. В результате мы получим равенство вида ∫drA1J2 = ∫drA2J1, аналогичное соотношению из электростатики.

    Принцип взаимности играет важную роль для практических применений — например, для постройки трансформаторов. В частности, из него следует, что взаимные индуктивности двух замкнутых проводов с током должны совпадать. Тем не менее, в некоторых случаях принцип взаимности можно нарушить. Например, благодаря эффекту Фарадея — вращению плоскости поляризации света под действием внешнего магнитного поля — можно нарушить принцип взаимности для микроволн или фотонных систем. В то же время, нарушение принципа взаимности имеет очевидное практическое значение — благодаря ему можно построить «истинные» электромагнитные изоляторы, которые пропускают сигналы только в одну сторону, а также преодолеть фундаментальные ограничения в резонансных системах. Тем не менее, до сих пор исследователи могли нарушить принцип взаимности только с помощью внешних магнитных полей. Это мешало уменьшить размеры систем и адаптировать их для прикладных целей.

    Группа ученых под руководством Йорди Прат-Кампса (Jordi Prat-Camps) построила магнитный диод, который проводит магнитный поток только в одном направлении и не требует для работы внешнее магнитное поле. Чтобы разработать такой диод, сначала физики рассмотрели упрощенную задачу — численно смоделировали взаимодействие двух точечных диполей, которые движутся с постоянной скоростью параллельно полубесконечной проводящей плоскости. Чтобы оценить, работает ли в такой системе принцип взаимности, нужно рассчитать «изолированность» системы (isolation), то есть отношение напряженности магнитного поля в окрестности обоих диполей. Несмотря на то, что в свободном пространстве поле диполей симметрично, оно будет «цепляться» за плоскость, увеличиваться в одних областях и уменьшаться в других, и «изолированность» может отклоняться от единицы. Расчеты ученых подтверждают, что это действительно происходит. Более того, в случаях, когда оба диполя «смотрят» перпендикулярно направлению движения, их скорость можно подобрать таким образом, чтобы «изолированность» неограниченно росла. Если вместо диполей над плоскостью двигаются катушки с током, в этих случаях взаимные индуктивности равны M12 ≠ 0 и M21 = 0. Проще говоря, магнитный поток между катушками может течь только в одну сторону — система превращается в магнитный диод. Впрочем, ученые подчеркивают, что для работы диода приходится постоянно добавлять в систему энергию, чтобы преодолеть магнитное трение, которые создают наводящиеся в плоскости вихревые токи.

    Затем физики изготовили настоящий магнитный диод, основанный на этом эффекте. Для удобства ученые заменили полубесконечную плоскость U-образным круглым медным проводником — неограниченно долго поддерживать вращение легче, чем поступательное движение. Одну из катушек исследователи поместили внутрь проводника, а другую — строго под его основанием. Так же как и в случае плоскости, численное моделирование подтверждало, что «изолированность» в такой системе зависит от скорости вращения и может неограниченно расти. Чтобы экспериментально подтвердить этот эффект, ученые подавали на внутреннюю катушку переменный ток с частотой около девяти герц и измеряли напряжение на второй катушке в зависимости от частоты вращения проводника. Как и ожидалось, при достаточно большой частоте вращения сигнал на принимающей катушке пропадал, причем «критическая» частота увеличивалась при отдалении катушки от проводника.

    Наконец, исследователи напрямую подтвердили нарушение принципа взаимности, измерив взаимные индуктивности катушек M12 и M21. Вторая катушка была удалена от основания проводника на 13 миллиметров, «критическая» частота в этом случае составляла примерно 35 герц. Для покоящегося проводника обе индуктивности были равны M12 = M21 ≈ (22+3i) наногенри. Однако при вращении проводника с частотой, близкой к критической, индуктивности составляли M12 ≈ (0+2i) наногенри и M21 ≈ (36+0i) наногенри. Все измерения проводились с погрешностью около 0,6 наногенри. Таким образом, принцип взаимности действительно нарушался.

    Авторы статьи отмечают, что их разработку пока еще нельзя применить на практике — установка громоздка и сложна в изготовлении, а наблюдаемый эффект слишком мал. Тем не менее, ученые считают, что похожими свойствами должны обладать и другие, менее громоздкие системы. Например, они предлагают заменить металлический проводник графеном, в котором плотность тока достигает 108 ампер на квадратный сантиметр, а электроны движутся со скоростями, близкими к скорости света. Поскольку средняя скорость электронов накладывает самые сильные ограничения на величину эффекта, в графене он должен проявляться гораздо сильнее, чем в меди. Возможно, в будущем физики смогут построить более компактные магнитные диоды на основе графена.

    Физики часто используют метаматериалы с необычными свойствами, чтобы изготовить «диоды» для потоков самых разных величин. Например, в феврале 2017 года физики из США и Нидерландов разработали метаматериал-диод для механической нагрузки, который растягивается в одну сторону и блокирует смещение в противоположном направлении. В октябре 2015 китайские инженеры напечатали акустический диод. А в сентябре 2015 китайские физики построили водяной диод — микрофлюидное устройство, которое пропускает воду только в одном направлении.

    По информации https://nplus1.ru/news/2018/11/21/magnetic-diode

    Обозрение "Terra & Comp".

Выскажите свое мнение на:

21.11.2018
16:58

Физики впервые рассчитали «состав» массы протона

21.11.2018
16:35

IBM изучает медный магнетизм: первый шаг к памяти атомарного уровня

21.11.2018
16:29

Система телемедицины вскоре охватит сотни медучреждений в России

20.11.2018
20:51

Астрономы засняли пылевую «вертушку» в тройной системе звезд

20.11.2018
20:13

Ученые нашли звездную систему, которая вскоре может взорваться

20.11.2018
19:41

"Пылинка будет фатальной": рисковый вояж к "прадеду" Плутона

<< 511|512|513|514|515|516|517|518|519|520 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

2000-2002
Научно-популярный журнал Урания в русском переплете
(1999-200)

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList