Magnetisk resonans energikilde. Er nye teknologier farlige?

I denne artikel vil vi lære om resonans som en energikilde.

I medierne taler de med enorm "resonans" om RESONANCE som en energikilde. Jeg foreslår at forstå med dig, hvad elektrisk resonans er? Vi vil ikke gå langt, lad os overveje de processer, der forekommer i et klassisk LC-resonanskredsløb. Faktisk er der ingen andre resonanssystemer i elektronik. Først og fremmest er det værd at bemærke: der er serie- og parallelle oscillerende (resonante) kredsløb. Processerne i begge typer kredsløb forløber identisk, den eneste forskel er i ernæringsprincipperne.

Den mest attraktive som energikilde er et parallelt oscillerende kredsløb, som alle kendte personligheder (inklusive N. Tesla) har brugt og bruger i deres opfindelser og udviklinger. Ved at bruge hans eksempel er det lettere at overveje strømmen af ​​forsyningsstrøm og sløjfestrøm.

Men det oscillerende kredsløb har endnu en parameter, der har en betydelig indvirkning på kredsløbets energitab - resistiv modstand R, som består af modstanden af ​​tab i kondensatoren og induktoren, modstanden af ​​udgangstransistortrinnet (i lukket tilstand), og vigtigst af alt, modstanden af ​​belastningskredsløbet. Det komplette kredsløb af et parallelt oscillerende kredsløb med resistiv modstand er vist på figuren, hvor C , L Og R— samlede værdier af kapacitanser, induktanser og resistiv modstand af kredsløbet. Generelt er der et koncept - impedans, men jeg vil ikke genere dig med dette koncept, men vil forklare det på en enkel måde.

For at forstå hvordan C , L Og R"arbejde" sammen, skal vi overveje kredsløbets amplitude-frekvensrespons. Men vi vil ikke gøre dette på en traditionel frekvensresponsgraf, som det blev forenklet i artiklen Oscillatory circuit. Resonans. Formlerne og frekvensresponsen vist nedenfor forklarer tilstanden og afhængigheden af ​​kondensatorreaktansen X C og induktorer XL fra frekvens f.

Grafen viser kondensator reaktans linje X C fra frekvens f , hvilket indikerer, at ved lave frekvenser er reaktansen af ​​kondensatoren maksimal, og med stigende frekvens falder den eksponentielt - kondensatoren bliver til en "leder". Induktor reaktans linje XL fra frekvens f , indikerer, at induktoren opfører sig modsat, ved lave frekvenser er spolens reaktans minimal - induktoren er en "leder", og med stigende frekvens stiger den, men ikke eksponentielt, men i en lige linje. Løkkemodstand R , afhænger ikke på nogen måde af ændringer i frekvens. Da kredsløbets elementer er forbundet parallelt, skal du tilføje kondensatorens modstand X C, induktorer X L og sløjfemodstand R vi vil bruge formlen til parallelforbindelse af modstande (flere detaljer i artiklen: Modstand).

Ved den resulterende graf over den samlede modstand af resonanskredsløbet vi ser, at der er en vis frekvens, som kondensatorens modstand værdier X C og induktorer X L er de samme, er dette resonansfrekvensen. Denne graf er faktisk (men ikke helt) kredsløbets amplitude-frekvensrespons (AFC).

Således kan vi konkludere, at elementerne i det oscillerende kredsløb er en belastning for elektrisk strøm og kan absorbere den tilførte energi. For at øge kredsløbets frekvensrespons er det nødvendigt at øge kredsløbets samlede modstand. Dette kan gøres ved at øge dets komponenter - kondensatorens modstand X C, induktorer X L og kredsløbsmodstand R. For at forbedre frekvensresponsegenskaberne og for at sikre, at frekvensen ikke "går væk", er det nødvendigt at øge spolens induktans samtidigt og reducere kondensatorens kapacitans. Dette følger af reglen, hvorefter mængderne ved resonansfrekvensen X C = X L. Lad os præsentere Thomsons formel opnået fra udtryk for afhængigheden X C Og X L om frekvens og bekræftelse af denne erklæring:

Af Thomsons formel følger det, at mange kredsløb med forskellige værdier kan fungere på samme frekvens L Og MED, men med samme produkt LC. Hvis vi reducerer modstanden R, så vil svingningssystemets samlede modstand også falde, hvilket vil føre til energitab.
Når vi taler om muligheden for at få energi fra et oscillerende kredsløb, taler vi om at reducere modstand R, og dette er ifølge Ohms velkendte lov "hvis du ikke kender Ohm, bliv hjemme," eller I=U/R fører til et fald i amplituden af ​​resonansoscillationer.

Forholdet mellem energien lagret af de reaktive elementer i kredsløbet og energien af ​​ohmske (resistive) tab over en periode kaldes normalt kvalitetsfaktoren Q. Det afhænger af de fysiske mængder beskrevet ovenfor:

Hvor er den ekstra energi i resonanskredsløbet? Alt det ovenfor beskrevne tidligere i denne artikel blev udført uden at tage højde for hovedfænomenet for ethvert elektrisk resonanskredsløb - sløjfestrømmen.

Sløjfestrøm

På grund af det faktum, at kondensatoren og induktoren har reaktive egenskaber, flyder der en sløjfestrøm i oscillatorkredsløbet. Denne strøms vej går gennem kondensatoren og induktoren. Retningen af ​​denne strøm ændres to gange i løbet af oscillationsperioden. Denne proces er tydeligt illustreret ved hjælp af eksemplet på en simpel transistorkaskade i illustrationen nedenfor:

For at forenkle antager vi, at transistoren fungerer uden yderligere basebias. Alle transiente processer i flowet af forsyningsstrøm og sløjfestrøm forekommer i løbet af en svingningsperiode og gentages i efterfølgende perioder.

"0" sektionen af ​​tidskarakteristikken kan kaldes initial, når processerne med opladning og genopladning af kapacitansen og induktansen endnu ikke er "afgjort", da de i det indledende øjeblik er afladet. På dette stadium oplades kapacitansen fra strømkilden gennem en åben transistor, mens ladestrømmen oprindeligt er maksimal, og i slutningen af ​​1/4 af perioden falder til nul. Strømmen i induktoren, som har inerti, er minimal. I slutningen af ​​"0"-segmentet går kredsløbet i resonans "afgjort" tilstand.

I afsnit "B" af tidskarakteristikken, når kondensatoren oplades til strømkildens spænding, stiger strømmen, der flyder langs vejen "strømkilde - spole - åben transistor - strømkilde" gradvist. Når, som et resultat af lukning af transistoren, spændingen på kondensatoren overstiger potentialet påført fra strømkilden, begynder kondensatoren at aflade gennem induktoren, idet den bliver fuldstændig afladet til den ved udgangen af ​​1/2 af perioden. I løbet af denne tidsperiode "B" strømmer to strømme gennem induktoren - strømkildestrømmen og kredsløbsstrømmen af ​​kondensatorudladningen.

I afsnit "C" i tidskarakteristikken, når transistorforbindelsen er lukket, på grund af induktorens inerti, genoplades kondensatoren fra induktoren. Induktoren er fuldstændig afladet, og kondensatoren oplades ved det modsatte potentiale. Strømkildestrømmen i dette øjeblik "C" strømmer ikke gennem kredsløbselementerne.

I afsnit "D" af tidskarakteristikken, når transistorforbindelsen er lukket, aflades kondensatoren tilbage til induktoren. Kondensatoren er fuldstændig afladet, og induktansen viser sig tværtimod at være opladet med et potentiale modsat strømkilden. Strømkildestrømmen i dette øjeblik "D" strømmer stadig ikke gennem kredsløbselementerne.

I afsnit "A" af tidskarakteristikken oplades kondensatoren fra induktoren, og når spolen aflades til en værdi, der er mindre end spændingen af ​​strømkilden, der leveres gennem en åben transistor, oplades kondensatoren fra strømkilden. I dette tilfælde er kondensatorens ladestrøm oprindeligt maksimal, og i slutningen af ​​signalperioden falder den til nul. Strømmen i induktoren er ved første maksimum, og i slutningen af ​​tidsintervallet bliver "A" lig med nul. I tidsintervallet "A" strømmer to strømme gennem kondensatoren - strømkildestrømmen og kredsløbsstrømmen af ​​kondensatorudladningen.

Driftsprocessen for resonanskredsløbet gentages cyklisk i henhold til skemaet: A – B – C – D – A.

I resonanskredsløbet, præcis halvdelen af ​​perioden for det harmoniske signal i sektion A og B, sker tilføjelsen af ​​to strømme - strømkildestrømmen og kredsløbsstrømmen, hvilket igen øger kredsløbets energi med hver periode ( af genopladningsprocessen). Energien i resonanskredsløbet stiger kun på grund af strømkilden. Hvor meget energi der kommer ind i resonanskredsløbet, så meget energi bruges på belastningen og tabene i kredsløbselementerne.

Af en eller anden grund er der en mening om, at det er muligt at opnå "yderligere" eller "fri" energi fra elektrisk resonans, og at det for dette er nok at opretholde resonans i kredsløbet. De ovenfor beskrevne processer, der forekommer i et elektrisk resonanskredsløb, modbeviser dette fuldstændigt, hvilket beviser akkumuleringen af ​​energi gennem perioder.

Der var en artikel på internettet om, at på et eller andet anlæg havde en eller anden elektriker læst en masse artikler om resonans, og ved at modificere step-down transformatorerne på anlægget reducerede han anlæggets energiforbrug med en hel størrelsesorden. .

For at tage højde for energiforbruget er der aktive energimålere, som er installeret i vores hjem, og reaktive energimålere, som er installeret på fabrikker. Hvad er forskellen? Virksomheder har som regel en stor mængde udstyr og maskiner, der opererer på trefasede motorer. En motor er en induktans, og at have en kraftig motor betyder enorme strømme. For at sikre ensartet belastning af kraftige motorer på et trefaset netværk ved hvert tidspunkt af trefaset spænding er der installeret kondensatorer i strømkredsløbet, som sammen med motorviklingerne danner oscillerende kredsløb. Virkningen af ​​disse kondensatorer er den samme som beskrevet i afsnit A og B - under virkningen af ​​to strømme på én gang - strømkildestrømmen og sløjfestrømmen. Aktive energimålere er designet på en sådan måde, at den energi, forbrugeren tidligere har akkumuleret, introducerer en fejl i målingen. Som regel skyldes dette den "forkerte" forspænding af "den nuværende spole". Aktive energimålere viser den energi, der forbruges af motorer, der bruger "kondensatorbanker", hvilket er omkring en tredjedel mindre end det faktiske energiforbrug. Men reaktive energimålere gør et fremragende stykke arbejde med dette. Denne "ville-være elektriker" kunne ikke give nogen resonans, blot fordi belastningen af ​​forbrugere på fabrikken på højden af ​​dagen er stabil, men om morgenen, ved frokosttid og om aftenen er værdien ikke konstant og varierer bredt. Som beskrevet i denne artikel påvirker belastningsmodstanden i høj grad udgangsamplituden af ​​et resonanskredsløb. Hvis nogen på fabrikken slukkede en kraftig maskine inden frokostpausen, ville spændingen springe og brænde et par andre maskiner ud, som andre arbejdere endnu ikke havde slukket. Jeg går ud fra, at han snød med tællerne, hvilket han blev fyret for.

Som afslutning på artiklen vil jeg gerne tilføje for de besøgende på webstedet, der ikke studerede godt i skolen og derfor, på grund af deres uvidenhed, oprigtigt tror på troldmænd:

Loven om bevarelse af energi er ikke blevet annulleret! En evighedsmaskine baseret på resonans eksisterer ikke, og kan ikke eksistere! Når et oscillerende kredsløb fungerer, akkumuleres strømkildens energi gennem perioder, og derfor kan energien i kredsløbet, som følge af akkumulering, på et bestemt tidspunkt overstige den energi, der leveres til det. Energi kan ikke opstå fra "tomhed". "Fri energi" er en myte genereret af analfabeter, for folk af deres egen art. Energi er til stede i alt, der omgiver os, den skal bare udvindes korrekt. Disse er forskellige kemiske forbindelser og grundstoffer, naturfænomener, men ikke et "mirakel" som det, der tilskrives Tesla! Og jo dummere "optageren" selv er, jo mere "vidunderlig" ser denne fremragende videnskabsmand ud i sit hoved. Elektrisk resonans kan også bruges til at hjælpe med at generere energi, men som et hjælpefænomen, der er med til at påvirke ændringer i materialers egenskaber. Lad være med at genere dig selv med anti-videnskabelige ideer! Alle de eksisterende fysiske love er ikke blevet tilbagevist i den nærmeste fremtid, de er kun blevet suppleret og rettet, hvilket har været og altid vil være med teknologiens udvikling. Vær mindre opmærksom på analfabeter fra folk, der lokker dig ind med en fiktiv sensation. Tro ikke på alt det sludder, men analyser først, hvad der står i diverse artikler, og hvad der præsenteres for dig af diverse medier.

Uden en længere diskussion, tetraedrisk geometrisk sammensat resonans eller reglen om ni, er det ganske muligt at forstå dette kredsløb som grundlæggende en afstemt magnetisk og krystalforstærker.

Det er dog nødvendigt at kende disse elementer for at designe og bygge en MRA, så hvis du vil implementere funktionerne i dette kredsløb fuldt ud, skal du bruge filerne på KeelyNet, som indeholder alt, hvad du har brug for.

I MRA-kredsløbet vist ovenfor er der en variabel laveffektoscillator, der leverer et signal til den ene side af barium-titanit-konverteren. Den modsatte side af transduceren er forbundet til en primær spole, som er viklet på en bariumferritmagnetkerne. Den modsatte ende af den primære vender tilbage til generatoren.

Den sekundære vikling er forbundet med en konventionel broensretter, og broens udgang er forbundet med en DC-belastning (jævnstrøm). Filterkondensatoren kan bruges ved broudgangen og bruges på det MRA-setup, vi byggede. Derudover vil belastningsmodstanden på tværs af kondensatoren holde DC-outputtet fra at modtage for meget strøm, da kredsløbet er konfigureret. Vi fandt ud af, at en 30 ohm modstand og 10 watt var tilstrækkelig.

Når kredsløbet er samlet, skal du placere et voltmeter hen over udgangsmodstanden for at kontrollere for spændingsstigninger, når kredsløbet justeres. Juster generatorens frekvens for at give den højeste DC-output. Under denne proces skal du forstå, at spændingen gennem piezoelementet og spolen vil være væsentligt højere end det inputniveau, du anvender på inputtet. Vi så en samlet spænding på næsten 1000 volt med en indgangsstrøm på 30 volt.

Når kredsløbet er indstillet, vil magneten "synge" ved omkring 8.000 til 11.000 Hz. Hvis piezo-elementet synger, overskrider du dine kraftkapaciteter, og du skal reducere antallet af omdrejninger af din primære vikling. Frekvensen, som både det piezoelektriske element og magneten giver resonans ved optimal resonans, vil være tre gange (tre oktaver højere) den frekvens, som magneten synger med.

Det er de ni overtoner, der er nævnt i reglen om ni.

For at teste kredsløbet skal du indstille præcisionen, høj effekt, reducere modstanden i serie med generatorens udgang til det piezoelektriske element og måle spændingsfaldet. Dette bør være meget lille, mindre end 0,1 volt AC. Brug denne værdi til at bestemme strømmen i et seriekredsløb, og beregn derefter effekten.

Mål derefter DC-spændingen over din udgangsbelastningsmodstand og beregn effekten igen. Du bør få mellem 3...4 gange den tidligere beregnede indgangseffekt.

Når kredsløbet er operationelt, vil du bemærke, at spændingen vil ændre sig med 0,1 volt DC eller mere, afhængigt af tidspunktet på dagen. Dette er en konsekvens af arten af ​​de kræfter, der er iboende i Jordens magnetiske område. Forvent spidsbelastning ved eller før solopgang.

I vores kredsløb målte vi 0,084 volt AC indlæst i serie med en 2 ohm modstand, til i alt 0,685 W primær dissipation. Med dette opnåede vi 2,75 W udgangseffekt og brugte dette til at drive lampen og motoren. Forøgelse af indgangsspændingen havde den effekt, at den primære strøm reduceredes, mens udgangseffekten blev øget, hvilket forbedrede effektfaktorforstærkningen. Vi mener, at store strømsystemer kan bygges ved hjælp af store spoler, store piezoelektriske elementer og lavere frekvenser - inden for komponenternes lydfrekvensområde.

MRA'er er i det væsentlige et middel til at frigive elektrisk energi lagret i magneter. Som sådan er det et AC-batteri med en DC-udgang. Kan bruges til bærbar, selvopladende strømforsyning med solid state generator og genopladeligt batteri. For dem, der ønsker et kort overblik over teknologien, foreslås følgende afsnit, men du bliver kraftigt mindet om at fortsætte denne læsning med en mere grundig undersøgelse af KeelyNet-filerne.

Materie=Energi. For at ændre materialet skal du ændre energien. Skabelsen af ​​en magnet opnås ved en proces, der får materialet til at udvide sig og trække sig sammen, hvilket resulterer i, at magneten er i en konstant tilstand af kollaps. Dette er grunden til, at magneter tiltrækker materiale med lignende gitterstrukturer, da de forsøger at udfylde det energiske tomrum, der skabte dem. Magnet-"felterne" opsættes efter magnetiseringsprocessen, og den eneste måde at udvinde elektrisk energi på er ved fysisk at rotere spolen i forhold til magneten.

Det er dog også muligt at generere virtuel rotation ved at anvende lydfrekvensen fra en magnet, som får gitre og områder til at vibrere. Den kraft, der krævedes for at gøre dette, var imidlertid større end den energi, der blev frigivet ved den virtuelle rotation. Derfor er det nødvendigt at øge vibrationen uden at bruge for stor strøm.

Det piezoelektriske element har en praktisk talt uudtømmelig forsyning af frie elektroner. Brug af et piezoelement i serie med den primære spole eliminerer næsten den primære strøm, da det er spændingen, som piezoelementet producerer, ikke strømmen. Som følge heraf kan der frigives meget lidt faktisk strøm fra det piezoelektriske element, og der kan tilføres strøm til primærspolen, som vibrerer magnetområdet.

Det piezoelektriske element er en katalysator for cirkulerende strøm i primærspolen. Den cirkulerende strøm er additiv, og dette er årsagen til det høje potentiale, der udvikles gennem både det piezoelektriske element og primærspolen.

På dette tidspunkt bliver resonans vigtig. Du skal have en adskillelse på tre oktaver mellem magnetens lydfrekvens og signalet, der føres ind i piezoelementet. Den cirkulerende strøm vil være rig på overtoner, der er nødvendige for kredsløbets handling.

Selvom kredsløbet er enkelt, bruger det begreberne "Phi", virtuel rotation, tetraedrisk geometri, piezoelektrisk element og transformatorteori og elektrisk viden. Dette er ikke foreslået som et begynderprojekt på grund af den involverede højspænding. For ingeniører og teknikere kan det være svært at acceptere, at MRA er ovenstående forening. Forhåbentlig vil dette være med til at opbygge en bedre verden.

Udgivelsesdato: Læst: 65540 gange Yderligere oplysninger om dette emne

Udtrykket "magnetisk resonans" refererer til den selektive (resonante) absorption af energien fra et vekslende elektromagnetisk felt af det elektroniske eller nukleare undersystem af et stof, der er udsat for et konstant magnetfelt. Absorptionsmekanismen er forbundet med kvanteovergange i disse undersystemer mellem diskrete energiniveauer, der opstår i nærvær af et magnetfelt.

Magnetiske resonanser inddeles normalt i fem typer: 1) cyklotronresonans (CR); 2) elektron paramagnetisk resonans (EPR); 3) kernemagnetisk resonans (NMR); 4) elektron ferromagnetisk resonans; 5) elektronisk antiferromagnetisk resonans.

Cyclotron resonans. Under CR observeres selektiv absorption af elektromagnetisk feltenergi i halvledere og metaller placeret i et konstant magnetfelt, forårsaget af kvanteovergange af elektroner mellem Landau energiniveauer. Det kvasi-kontinuerlige energispektrum af ledningselektroner i et eksternt magnetfelt er opdelt i sådanne ækvidistante niveauer.

Essensen af ​​den fysiske mekanisme af CR kan forstås inden for rammerne af klassisk teori. En fri elektron bevæger sig i et konstant magnetfelt (rettet langs aksen) langs en spiralbane omkring magnetiske induktionslinjer med en cyklotronfrekvens

hvor og er henholdsvis ladningens størrelse og elektronens effektive masse. Lad os nu tænde et radiofrekvensfelt med en frekvens og en vektor vinkelret på (for eksempel langs aksen). Hvis elektronen har en passende fase af sin bevægelse langs spiralen, da frekvensen af ​​dens rotation falder sammen med frekvensen af ​​det ydre felt, vil den accelerere, og spiralen vil udvide sig. At accelerere en elektron betyder at øge dens energi, hvilket sker på grund af dens overførsel fra radiofrekvensfeltet. Således er resonansabsorption mulig, hvis følgende betingelser er opfyldt:

frekvensen af ​​det eksterne elektromagnetiske felt, hvis energi absorberes, skal falde sammen med elektronernes cyklotronfrekvens;

den elektriske feltstyrkevektor for en elektromagnetisk bølge skal have en komponent vinkelret på retningen af ​​det konstante magnetfelt;

den gennemsnitlige frie rejsetid for elektroner i krystallen skal overstige perioden med cyklotronsvingninger.

CR-metoden bruges til at bestemme den effektive masse af bærere i halvledere. Ud fra halvbredden af ​​CR-linjen kan man bestemme de karakteristiske spredningstider, og derved bestemme bærermobiliteten. Baseret på linjearealet kan koncentrationen af ​​ladningsbærere i prøven bestemmes.

Elektron paramagnetisk resonans. EPR-fænomenet består af resonansabsorption af elektromagnetisk feltenergi i paramagnetiske prøver placeret i et konstant magnetfelt vinkelret på det elektromagnetiske felts magnetiske vektor. Den fysiske essens af fænomenet er som følger.

Det magnetiske moment for et atom med uparrede elektroner bestemmes ved udtryk (5.35). I et magnetfelt opdeles et atoms energiniveauer, på grund af det magnetiske moments interaktion med magnetfeltet, i underniveauer med energi

hvor er atomets magnetiske kvantetal og tager værdien

Fra (5.52) er det klart, at antallet af underniveauer er lig med , og afstanden mellem underniveauer er

Overgange af atomer fra lave til højere niveauer kan forekomme under påvirkning af et eksternt elektromagnetisk felt. Ifølge kvantemekaniske udvælgelsesregler er tilladte overgange dem, hvor det magnetiske kvantetal ændres med én, dvs. Som følge heraf skal energikvantumet for et sådant felt være lig med afstanden mellem underniveauerne

Relation (5.55) er EPJ-betingelsen. Et vekslende magnetfelt med en resonansfrekvens vil med lige stor sandsynlighed forårsage overgange fra lavere magnetiske underniveauer til øvre (absorption) og omvendt (emission). I en tilstand af termodynamisk ligevægt er forholdet mellem populationerne af to naboniveauer bestemt af Boltzmanns lov

Fra (5.56) er det klart, at stater med lavere energi har en højere befolkning (). Derfor vil antallet af atomer, der absorberer kvanta af det elektromagnetiske felt, under disse forhold, råde over antallet af emitterende atomer; Som et resultat vil systemet absorbere energien fra det elektromagnetiske felt, hvilket fører til en stigning. Men på grund af vekselvirkning med gitteret overføres den absorberede energi i form af varme til gitteret, og normalt så hurtigt, at forholdet ved de anvendte frekvenser afviger meget lidt fra dets ligevægtsværdi (5,56).

EPR-frekvenser kan bestemmes ud fra (5.55). Ved at erstatte værdien og tælle (rent spin-moment), opnår vi resonansfrekvensen

Fra (5.57) er det klart, at i felter fra op til 1 T ligger resonansfrekvenserne i Hz-området, det vil sige i radiofrekvens- og mikrobølgeområderne.

Resonansbetingelsen (5.55) gælder for isolerede atomer med magnetiske momenter. Det forbliver dog gyldigt for et system af atomer, hvis interaktionen mellem magnetiske momenter er ubetydelig. Et sådant system er en paramagnetisk krystal, hvori magnetiske atomer er placeret i store afstande fra hinanden.

EPR-fænomenet blev forudsagt i 1923. Ya.G. Dorfman og eksperimentelt opdaget i 1944. E.K. Zavoisky. I øjeblikket bruges EPJ som en af ​​de mest kraftfulde metoder til at studere faste stoffer. På baggrund af fortolkningen af ​​EPR-spektre indhentes information om defekter, urenheder i faste stoffer og elektronisk struktur, om mekanismer for kemiske reaktioner mv. Paramagnetiske forstærkere og generatorer er bygget på EPR-fænomenet.

Kernemagnetisk resonans. Tunge elementarpartikler er protoner og neutroner (nukleoner), og følgelig har atomkerner bygget af dem deres egne magnetiske momenter, som tjener som en kilde til kernemagnetisme. Rollen af ​​det elementære magnetiske moment, analogt med elektronen, spilles her af Bohr-kernemagnetonen

Atomkernen har et magnetisk moment

hvor er kernens -faktor, er kernens spinnummer, som tager halvheltals- og heltalsværdier:

0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)

Projektion af det nukleare magnetiske moment på aksen z vilkårligt valgt koordinatsystem bestemmes af relationen

Her tager det magnetiske kvantetal, når det er kendt, følgende værdier:

I mangel af et eksternt magnetfelt har alle tilstande med forskellige den samme energi, derfor er de degenererede. En atomkerne med et magnetisk moment, der ikke er nul, placeret i et eksternt konstant magnetfelt, oplever rumlig kvantisering, og dets -fold degenererede niveau opdeles i en Zeeman-multiplet, hvis niveauer har energier

Hvis kernen herefter udsættes for et vekselfelt, hvis energikvantum er lig med afstanden mellem niveauerne (5,63)

så sker der en resonant absorption af energi af atomkerner, som kaldes nuklear paramagnetisk resonans eller blot kernemagnetisk resonans.

På grund af det faktum, at den er meget mindre, er NMR-resonansfrekvensen mærkbart lavere end EPR-frekvensen. Således observeres NMR i felter af størrelsesordenen 1 T i radiofrekvensområdet.

NMR som metode til at studere kerner, atomer og molekyler har fået forskellige anvendelser inden for fysik, kemi, biologi, medicin, teknologi, især til måling af styrken af ​​magnetiske felter.

Den traditionelle NMR-spektroskopimetode har mange ulemper. For det første kræver det en stor mængde tid at konstruere hvert spektrum. For det andet er det meget krævende for fraværet af ekstern interferens, og som regel har de resulterende spektre betydelig støj. For det tredje er det uegnet til at skabe højfrekvente spektrometre. Derfor bruger moderne NMR-instrumenter metoden med såkaldt pulsspektroskopi, baseret på Fourier-transformationer af det modtagne signal.

I øjeblikket er alle NMR-spektrometre bygget på basis af kraftige superledende magneter med et konstant magnetfelt.

Essensen af ​​NMR-introskopi (eller magnetisk resonansbilleddannelse) er implementeringen af ​​en særlig form for kvantitativ analyse af amplituden af ​​det nukleare magnetiske resonanssignal. I NMR-introskopimetoder skabes magnetfeltet til at være åbenlyst uensartet. Så er der grund til at forvente, at frekvensen af ​​kernemagnetisk resonans ved hvert punkt i prøven har sin egen værdi, forskellig fra værdierne i andre dele. Ved at indstille en hvilken som helst kode for gradueringer af amplituden af ​​NMR-signaler (lysstyrke eller farve på monitorskærmen), kan du få et konventionelt billede (tomogram) af sektioner af objektets indre struktur.

Ferro- og antiferromagnetisk resonans. Den fysiske essens af ferromagnetisk resonans er, at under påvirkning af et eksternt magnetfelt, der magnetiserer ferromagneten til mætning, begynder prøvens samlede magnetiske moment at præcessere omkring dette felt med en Larmor-frekvens, der afhænger af feltet. Hvis et højfrekvent elektromagnetisk felt påføres en sådan prøve, vinkelret på , og dens frekvens ændres, opstår der resonansabsorption af feltenergien. Absorption i dette tilfælde er flere størrelsesordener højere end med paramagnetisk resonans, fordi den magnetiske følsomhed og følgelig det magnetiske mætningsmoment i dem er meget højere end for paramagnetiske materialer.

Funktioner af resonans fænomener i ferro - og antiferromagneter bestemmes primært af det faktum, at de i sådanne stoffer ikke beskæftiger sig med isolerede atomer eller relativt svagt interagerende ioner af almindelige paramagnetiske legemer, men med et komplekst system af stærkt interagerende elektroner. Udvekslingen (elektrostatisk) interaktion skaber en stor resulterende magnetisering, og dermed et stort indre magnetfelt, som væsentligt ændrer resonansforholdene (5.55).

Ferromagnetisk resonans adskiller sig fra EPR ved, at energiabsorptionen i dette tilfælde er mange størrelsesordener stærkere, og resonanstilstanden (forholdet mellem resonansfrekvensen af ​​vekselfeltet og størrelsen af ​​det konstante magnetfelt) afhænger væsentligt af formen af ​​det vekslende felt. prøver.

Mange mikrobølgeenheder er baseret på fænomenet ferromagnetisk resonans: resonansventiler og filtre, paramagnetiske forstærkere, effektbegrænsere og forsinkelseslinjer.

Antiferromagnetisk resonans ( elektronisk magnetisk resonans V antiferromagneter) – fænomenet med en relativt stor selektiv reaktion af det magnetiske system af en antiferromagnet på påvirkningen af ​​et elektromagnetisk felt med en frekvens (10-1000 GHz) tæt på de naturlige frekvenser af præcessionen af ​​magnetiseringsvektorerne i de magnetiske subgittere i system. Dette fænomen er ledsaget af stærk absorption af elektromagnetisk feltenergi.

Fra et kvantesynspunkt er en antiferromagnetisk resonans kan betragtes som en resonanstransformation af elektromagnetiske feltfotoner til magnoner med en bølgevektor.

At observere en antiferromagnetisk resonans Der anvendes radiospektrometre, der ligner dem, der bruges til at studere ESR, men gør det muligt at udføre målinger ved høje (op til 1000 GHz) frekvenser og i stærke (op til 1 MG) magnetiske felter. De mest lovende spektrometre er dem, hvor det ikke er magnetfeltet, der scannes, men frekvensen. Optiske detektionsmetoder er blevet udbredte antiferromagnetisk resonans.

4

1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Novgorod State University opkaldt efter Yaroslav the Wise", Veliky Novgorod

2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Novgorod State University opkaldt efter Yaroslav the Wise"

3 Moscow State University opkaldt efter. M.V. Lomonosov, Moskva

4 Institut for Almen Fysik opkaldt efter. ER. Prokhorov RAS

Artiklen giver eksperimentelt bevis på tilstedeværelsen af ​​magnetoelektrisk (ME) interaktion i området for magnetoakustisk resonans (MAR) i et kunstigt ferrit-piezoelektrisk medium. I materialer af denne art manifesterer ME-effekten sig som en konsekvens af samspillet mellem magnetostriktive og piezoelektriske komponenter. Formålet med dette arbejde var eksperimentelt at undersøge ME-effekten i MAR-regionen af ​​ferrit. ME-elementet blev lavet af to enkeltkrystallinske materialer: piezoelektrisk - lanthan-galliumsilicat og ferrit - yttriumjerngranat. Papiret præsenterer eksperimentelle data om undersøgelsen af ​​den direkte ME-effekt for en tofaset IHG-LGS-prøve i MAR-regionen. Effektens størrelse var 14,1 V/(cmOe) ved en frekvens på omkring 2,8 MHz. Målingerne er udført ved hjælp af to metoder med sammenlignelige resultater. De opnåede data gør det muligt at forudsige muligheden for teknisk gennemførlighed af radio- og mikrobølgeapparater ved brug af ME-effekten i MAR-regionen med tilfredsstillende parametre.

magnetoelektrisk effekt

magnetoakustisk resonans

1. Belyaeva O. Yu., Zarembo L. K., Karpachev S. N. Magnetoakustik af ferriter og magnetoakustisk resonans // UFN 162 (2) 107-138 (1992).

2. Bichurin M.I. et al. Magnetoelektriske materialer. – M.: Akademi for Naturvidenskab, 2006. – 296 s.

3. Gulyaev Yu. V., Dikshtein I. E., Shavrov V. G. Overflademagnetoakustiske bølger i magnetiske krystaller i området med orienteringsfaseovergange // UFN 167 735-750 (1997).

4. Bichurin M.I., Petrov V.M. Magnetoelektrisk effekt i magnetostriktiv-piezoelektrisk multiferroisk // Low Temperature Physics. – 15/06/2010. – T. 36, N 6. – S. 680-687.

5. Petrov V.M., Bichurin M.I., Petrov R.V. Magnetoakustisk resonans i ferrit-piezoelektriske filmstrukturer // Moderne problemer med videnskab og uddannelse. – 2012. – nr. 2; URL: www.site/102-5701

6. Petrov R.V., Bichurin M.I., Petrov V.M. Resonanseffekter i magnetostriktive-piezoelektriske kompositter til solid-state elektroniske enheder // Palmarium Academic Publishing, 2012. – 264 s.

7. Pyatakov A. P., Zvezdin A. K. Magnetoelektriske materialer og multiferroics // UFN 182 593–620 (2012).

8. Bichurin M. I., Petriv V. M. og Priya S. Magnetoelectric Multiferroic Composites // I: Ferroelectrics - Physical Effects / Ed. Mickaël Lallart. – InTech, 2011. – S. 277-302.

9. Bichurin M. I., Petrov V. M., Ryabkov O. V. et al. Teori om magnetoelektriske effekter ved magnetoakustisk resonans i ferromagnetisk-ferroelektriske enkeltkrystal heterostrukturer // Fysisk. Rev. B, 2005, v. 72, P. 060408(R) (1-4).

10. Magnetoelektricitet i kompositter / red. M. I. Bichurin og D. Viehland, Pan Stanford Pub, 2011. – 257 s.

Introduktion

I skæringspunktet mellem velkendte og undersøgte fænomener kan man ofte observere helt nye manifestationer af stoffers indre egenskaber, hvilket giver anledning til avanceret forskning og tjener som en kilde til videnskabelige og teknologiske fremskridt. Artiklen giver eksperimentelt bevis på tilstedeværelsen af ​​magnetoelektrisk (ME) interaktion i området for magnetoakustisk resonans i et kunstigt ferrit-piezoelektrisk medium. I materialer af denne art manifesterer ME-effekten sig som en konsekvens af samspillet mellem magnetostriktive og piezoelektriske komponenter. Den elastiske mekaniske interaktion mellem de magnetostriktive og piezoelektriske faser giver anledning til den gigantiske magnetoelektriske respons i magnetoelektriske kompositmaterialer. Samspillet mellem de magnetiske (spin) og elastiske undersystemer fører til fremkomsten af ​​koblede magnetoelastiske oscillationer i magneten, som har interessante fysiske egenskaber. Magnetoakustisk resonans (MAP) manifesterer sig i en kraftig stigning i absorptionen af ​​en akustisk bølge ved at nå resonansforhold med spin-bølgen (hvis deres frekvenser og bølgevektorer falder sammen). Her er det i modsætning til de fleste tilfælde af afspændingsfænomener i akustikken muligt at styre egenskaberne (afspændingstid osv.) ved hjælp af eksterne magnetfelter. Formålet med dette arbejde er eksperimentelt at undersøge ME-effekten i MAR-regionen af ​​ferrit. Studiet af dette fænomen vil gøre det muligt i fremtiden at skabe en række højfrekvente enheder, for eksempel et filter, ventil, faseskifter osv., hvis egenskaber kan styres ved at ændre størrelsen af ​​den elektriske Mark.

Eksperimentel prøve og målestand

ME-elementet blev lavet af to monokrystallinske materialer. Det første materiale - piezoelektrisk lanthan galliumsilikat La3Ga5SiO14 (langasite - LGS) Y-snit med dimensioner 15x4x0,5 mm blev leveret af Fomos-Materials OJSC, Rusland (http://www.newpiezo.com). Det andet materiale - enkeltkrystallinsk yttrium-jern granat (YIG) var også en plade med dimensionerne 13x4x1,35 mm, orienteret i (110) planet, og blev leveret af Ferrit-Domen Research Institute, Rusland (http:// www.ferrit-domæne.com). Begge prøver blev poleret til en spejlfinish. Guldelektroder med en tykkelse på 0,5 μm blev afsat på LGS-planet. ME-elementet blev fremstillet ved at lime to komponenter, en piezoelektrisk og en ferrit, ved hjælp af polyvinylbutyral-phenol-formaldehyd-klæbemiddel. Tykkelsen af ​​klæbemiddelsamlingen var ikke mere end 12 mikrometer.

Placeringen af ​​ME-elementet i magnetiske felter er vist i fig. 1.

Figur 1. Placering af ME-elementet i eksterne magnetfelter

ME-elementet er placeret i midten af ​​Helmholtz-spolen. Det konstante magnetfelt er rettet langs planet af den magnetoelektriske prøve i det første tilfælde og på tværs af planet for den magnetoelektriske prøve i det andet. Det vekslende elektromagnetiske felt blev altid rettet langs planet af den magnetoelektriske prøve. Under sådanne forhold exciteres tykkelsesforskydningsbølger i ferrit. Resonanskarakteristikken S11 for refleksionskoefficienten i en separat YGG-prøve før limning er vist i fig. 2a. Til gengæld ophidser disse bølger tykkelsesforskydningsbølger i LGS - det Y-cut piezoelektriske. Resonanskarakteristikken S11 for refleksionskoefficienten i en separat LGS-prøve er præsenteret i fig. 2b. De eksperimentelle resonansfrekvenser for begge prøver falder sammen med de beregnede. Bølgerne genererer et signal ved de plane elektroder af det piezoelektriske. Størrelsen af ​​det konstante magnetfelt ved magnetisering i længderetningen er 164 Oe og ved tværgående magnetisering - 597 Oe. Størrelsen af ​​det vekslende magnetiske felt er 150 mOe. Signalet blev optaget fra elektroder placeret på de piezoelektriske planer.

Figur 2. Resonanskarakteristik S11 for reflektionskoefficienten i en separat prøve: a - IZHG, b - LGS

Resonansfrekvensen af ​​magnetoelastiske svingninger i YG-pladen efter limning skifter opad, hvilket forklares ved virkningen af ​​forskydning af FMR-linjen under påvirkning af mekanisk belastning. Efter limning af ME-elementet falder begge resonanskarakteristika sammen i frekvens.

To stativer blev brugt til målinger. Til at udføre panoramamålinger brugte vi stativet vist i fig. 3a, som inkluderer en ME-prøve placeret i en Helmholtz-spole forbundet til en Obzor-304 kompleks transmissionskoefficientmåler, en elektromagnet, en strømkilde og et Gaussmeter. Signaleffekten ved målerens udgang var 10 mW. Anlægget udførte målinger af refleksionskoefficienterne S11, S22 og transmissionskoefficient S21 ved en frekvens på omkring 2,8 MHz.

Figur 3. Målestativ: a - til panoramamålinger, b - baseret på et oscilloskop

Dette stativ giver dig mulighed for at se ændringer i egenskaber i realtid. Resonanskarakteristikken S11 af refleksionskoefficienten fra input i ME-prøven, forårsaget af den magnetiske fase, er vist i fig. 4a. Resonanskarakteristikken S22 for refleksionskoefficienten fra outputtet i ME-prøven, forårsaget af den piezoelektriske fase, er præsenteret i fig. 4b. For at skabe forhold, der exciterer magnetoelastiske vibrationer i ME-prøven, blev der brugt et magnetiseringsfelt. Resultaterne for tværgående og langsgående magnetisering afveg ikke signifikant. Overførselskarakteristikken for S21 er vist i fig. 5a. Kurve 1 viser koefficienten. passage uden magnetiseringsfelt, kurve 2 - med magnetiseringsfelt. Ved frekvensen af ​​magnetoakustisk resonans i ferrit, omkring 2,8 MHz, observeres en stigning i amplituden af ​​transmissionskoefficienten med ca. 15 dB sammenlignet med det ikke-resonante tilfælde. Denne adfærd indikerer, at hovedparten af ​​energien overføres gennem bølgeenergi fra enhedens input til dens output. Da kun tykkelsesforskydningsbølger kan exciteres i strukturer, indikerer dette tilstedeværelsen af ​​MAR-effekten i dette frekvensområde. Teoretiske undersøgelser af MAR i forbindelse med magnetoelektriske (ME) fænomener blev udført i værker, hvor den magnetoelektriske effekt i en to-lags magnetostriktiv-piezoelektrisk filmstruktur på et dielektrisk substrat i området for magnetoakustisk resonans blev overvejet. Eksperimentelle data bekræfter teoretiske beregninger.

Figur 4. Karakteristika for refleksionskoefficienten i ME-prøven: a - S11, b - S22

Figur 5. a - overførselskarakteristik for S21 ME-prøven, b - aME-værdi af ME-prøven ved resonansfrekvensen

Blokdiagrammet for den anden installation er vist i fig. 3b. Den inkluderer en ME-prøve forbundet til et oscilloskop og placeret i en Helmholtz-spole forbundet til en signalgenerator, en elektromagnet, en strømkilde og et Gaussmeter. Den direkte ME-koefficient blev målt ved standen.

Værdierne af ME-koefficienten aME ved den magnetoakustiske resonansfrekvens er vist i fig. 5 B. Ved en frekvens på omkring 2,8 MHz var den omkring 14,1 V/(cm×Oe).

Ved at sammenligne dataene vist i fig. 5a og fig. 5b, er det indlysende, at de er fuldstændig identiske, og de to målemetoder er fuldstændig sammenlignelige i resultater.

Som et resultat af undersøgelserne blev der opnået tilfredsstillende resultater med hensyn til størrelsen af ​​ME-effekten. Det er de første målinger af ME-effekten, der er udført i radiofrekvensområdet, og som har en så betydelig størrelse. De teoretiske præmisser givet i tidligere offentliggjorte værker er fuldt ud bekræftet. I fremtiden vil eksakte beregninger blive offentliggjort i sammenligning med forsøgsdata. Det er planlagt at udføre beregninger af spektrene af magnetoakustiske og elastiske vibrationer for at estimere størrelsen af ​​samspillet mellem vibrationer under forskellige excitationsforhold.

Konklusion

Papiret præsenterer eksperimentelle data om undersøgelsen af ​​ME-effekten for en tofaset IHG-LGS-prøve i MAR-regionen. Effektens størrelse var 14,1 V/(cm×Oe) ved en frekvens på omkring 2,8 MHz. Målingerne er udført ved hjælp af to metoder med sammenlignelige resultater. De opnåede data gør det muligt at forudsige muligheden for teknisk gennemførlighed af radio- og mikrobølgeenheder ved brug af ME-effekten i MAR-regionen.

Arbejdet blev udført inden for rammerne af det føderale målprogram "Videnskabeligt og videnskabeligt-pædagogisk personale i det innovative Rusland" for 2009-2013.

Anmeldere:

Zakharov Anatoly Yulievich, doktor i fysiske og matematiske videnskaber, professor, leder af afdelingen for afdelingen for generel og eksperimentel fysik, Institut for elektrisk informationsvidenskab ved Novgorod State University, Veliky Novgorod.

Seleznev Boris Ivanovich, doktor i tekniske videnskaber, professor, direktør for Institut for elektrisk informationsvidenskab i NovSU, Veliky Novgorod.

Bibliografisk link

Petrov R.V., Petrov V.M., Tatarenko A.S., Bichurin M.I., Pyatakov A.P., Zvezdin A.K. MAGNETOELEKTRISK EFFEKT PÅ OMRÅDET MAGNETOAKUSTISK RESONANS I EN FERRIT-PIEZOELEKTRISK STRUKTUR // Moderne problemer inden for videnskab og uddannelse. – 2013. – nr. 4.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=9654 (adgangsdato: 23/08/2019). Vi gør dig opmærksom på magasiner udgivet af forlaget "Academy of Natural Sciences"

Princippet er en enhed med en effektivitet over 100%, du vil sige, at dette er en falsk og alt er ikke ægte, men det er ikke sandt. Enheden blev samlet ved hjælp af husholdningsdele. Transformatorens design har en funktion: transformatoren er W-formet med et mellemrum i midten, men i mellemrummet er der en neodymmagnet, som indstiller den indledende impuls til feedbackspolen. Pickup-spolerne kan vikles i alle retninger, men samtidig kræves der præcision i deres vikling; de skal have samme induktans. Hvis dette ikke overholdes, vil der ikke være nogen resonans; et voltmeter forbundet parallelt med batteriet vil informere dig om dette. Jeg har ikke fundet nogen særlig anvendelse i dette design, men du kan tilslutte en lyskilde i form af glødelamper.

Tekniske egenskaber ved resonans:
Effektiviteten er over 100 %
Omvendt strøm er 163-167 milliampere (jeg ved ikke, hvordan det sker, men batteriet oplades)
Nuværende forbrug er 141 milliampere (det viser sig, at 20 milliampere er fri energi og går til at oplade batteriet)

Rød trådspole L1
Grøn trådspole L2
Den sorte ledning er pickup-spolen

Indstillinger

Ud fra min egen erfaring var jeg overbevist om, at spole L1, der er viklet med den samme ledning, lettere kan indstilles til resonans med L2, hvilket skaber mere strøm, end der forbruges. Som jeg forstår det, skabes der ferromagnetisk resonans, som driver belastningen og oplader batteriet med en høj strøm. For at justere resonansen skal der være to identiske spoler eller en; når enheden er tændt, bevæger de sig under belastningen af ​​en glødelampe (i mit tilfælde en 12 Volt 5 Watt lampe). For at opsætte skal du tilslutte et voltmeter parallelt med batteriet og begynde at flytte spolen/spolerne. Ved resonans bør spændingen på batteriet begynde at stige. Når en vis tærskel er nået, stopper batteriet med at oplade og aflade. Du skal installere en stor køleplade på transistoren. I tilfælde af to spoler er alt mere kompliceret, da du skal vinde dem, så induktanserne er praktisk talt de samme; med forskellige belastninger vil placeringen af ​​højre og venstre spoler ændre sig. Hvis disse tuning-regler ikke følges, vil resonans muligvis ikke forekomme, men vi får en simpel boost-konverter med høj effektivitet. Mine spoleparametre er 1:3, det vil sige L1 8 vindinger, L2 24 vindinger, begge med samme ledningstværsnit. L1 dingler oven på L2. Aftagelige spoler, uanset hvilken slags ledning, men jeg har 1,5 mm.

Foto

Den færdige enhed er i en ikke-resonanstilstand (spoler forbundet i serie)

Test af selvforsynende fra en aftagelig spole gennem en diode. (Resultat: fejl, kører i 14 sekunder med henfald)

Resonanstilstanden på en spole uden selvforsynende gennem en diode. Eksperimentet lykkedes, med batteriet tilsluttet arbejdede konverteren i 37 timer 40 minutter, uden at miste spænding på batteriet.I starten af ​​eksperimentet var batterispændingen 7,15 volt, ved udgangen var den 7,60 volt. Denne erfaring har bevist, at konverteren er i stand til at levere effektivitet over 100 %. Til belastningen brugte jeg en 12 Volt 5 Watt glødelampe. Jeg nægtede at forsøge at bruge andre enheder, da magnetfeltet omkring enheden er meget stærkt og skaber interferens inden for en radius af halvanden meter, stopper radioen med at virke inden for en radius af 10 meter.

Liste over radioelementer

Betegnelse	Type	Pålydende	Antal	Bemærk	Butik	Min notesblok
VT1	Bipolær transistor	KT819A	1	KT805		Til notesblok
C1	Kondensator	0,1 µF	1			Til notesblok
C2	Elektrolytisk kondensator	50 µF 25 V	1			Til notesblok
R1	Modstand	2,2 kOhm	1			Til notesblok
R2	Modstand	62 Ohm	1			Til notesblok
Bat1	Batteri	12 volt	1