En este artículo aprenderemos sobre la resonancia como fuente de energía.
En los medios, con enorme “resonancia”, se habla de RESONANCIA como fuente de energía. Propongo entender contigo ¿qué es la resonancia eléctrica? No iremos muy lejos, consideremos los procesos que ocurren en un circuito resonante LC clásico. En realidad, no existen otros sistemas resonantes en electrónica. En primer lugar, vale la pena señalar: existen circuitos oscilatorios (resonantes) en serie y en paralelo. Los procesos en ambos tipos de circuitos son idénticos, la única diferencia está en los principios de nutrición.
La fuente de energía más atractiva es un circuito oscilatorio paralelo, que todas las personalidades famosas (incluido N. Tesla) han utilizado y utilizan en sus inventos y desarrollos. Usando su ejemplo, es más fácil considerar el flujo de corriente de suministro y de corriente de bucle.
Pero el circuito oscilatorio tiene un parámetro más que tiene un impacto significativo en la pérdida de energía del circuito: la resistencia resistiva. R, que consiste en la resistencia de las pérdidas en el capacitor y el inductor, la resistencia de la etapa del transistor de salida (en estado cerrado) y, lo más importante, la resistencia del circuito de carga. El circuito completo de un circuito oscilante paralelo con resistencia resistiva se muestra en la figura, donde C , l Y R— valores totales de capacitancias, inductancias y resistencia resistiva del circuito. En general, existe un concepto: impedancia, pero no los molestaré con este concepto, sino que lo explicaré de una manera sencilla.
Para entender cómo C , l Y R"trabajan" juntos, debemos considerar la respuesta amplitud-frecuencia del circuito. Pero no haremos esto en un gráfico de respuesta de frecuencia tradicional, como se simplificó en el artículo Circuito oscilatorio. Resonancia. Las fórmulas y la respuesta de frecuencia que se muestran a continuación explican el estado y la dependencia de la reactancia del capacitor. Xc e inductores SG de frecuencia F.
El gráfico muestra línea de reactancia del condensador Xc de frecuencia F , lo que indica que a bajas frecuencias la reactancia del condensador es máxima y, al aumentar la frecuencia, disminuye exponencialmente: el condensador se convierte en un "conductor". Línea de reactancia del inductor SG de frecuencia F , indica que el inductor se comporta al revés, a bajas frecuencias la reactancia de la bobina es mínima: el inductor es un "conductor" y al aumentar la frecuencia aumenta, pero no exponencialmente, sino en línea recta. Resistencia de bucle R , no depende de ninguna manera de los cambios de frecuencia. Dado que los elementos del circuito están conectados en paralelo, agregue la resistencia del capacitor Xc, inductores XL y resistencia de bucle R Usaremos la fórmula para la conexión en paralelo de resistencias (más detalles en el artículo: Resistencia).
Por el gráfico resultante de la resistencia total del circuito resonante Vemos que hay una cierta frecuencia a la cual los valores de resistencia del capacitor Xc e inductores XL son iguales, esta es la frecuencia de resonancia. Este gráfico es en realidad (pero no completamente) la respuesta de amplitud-frecuencia (AFC) del circuito.
Por tanto, podemos concluir que los elementos del circuito oscilatorio son una carga para la corriente eléctrica y pueden absorber la energía suministrada. Para aumentar la respuesta de frecuencia del circuito, es necesario aumentar la resistencia total del circuito. Esto se puede hacer aumentando sus componentes: la resistencia del condensador. Xc, inductores XL y resistencia del circuito R. Para mejorar las características de respuesta de frecuencia y garantizar que la frecuencia no "desaparezca", es necesario aumentar simultáneamente la inductancia de la bobina y reducir la capacitancia del condensador. Esto se desprende de la regla según la cual, a la frecuencia de resonancia, las cantidades Xc = XL. Presentemos la fórmula de Thomson obtenida a partir de las expresiones de la dependencia. Xc Y XL sobre la frecuencia y confirmando esta afirmación:
De la fórmula de Thomson se deduce que muchos circuitos con diferentes valores pueden funcionar a la misma frecuencia. l Y CON, pero con el mismo producto LC. Si reducimos la resistencia R, entonces la resistencia general del sistema oscilatorio también disminuirá, lo que provocará pérdidas de energía.
Cuando hablamos de la posibilidad de obtener energía de un circuito oscilatorio, hablamos de reducir la resistencia. R, y esto es de acuerdo con la conocida ley de Ohm "si no conoces a Ohm, quédate en casa", o Yo=U/R conduce a una disminución en la amplitud de las oscilaciones resonantes.
La relación entre la energía almacenada por los elementos reactivos del circuito y la energía de las pérdidas óhmicas (resistivas) durante un período generalmente se denomina factor de calidad. q. Depende de las cantidades físicas descritas anteriormente:
¿Dónde está la energía adicional del circuito resonante? Todo lo anterior descrito anteriormente en este artículo se llevó a cabo sin tener en cuenta el fenómeno principal de cualquier circuito eléctrico resonante: la corriente de bucle.
Debido a que el condensador y el inductor tienen propiedades reactivas, en el circuito oscilante fluye una corriente de bucle. El camino de esta corriente pasa a través del condensador y el inductor. La dirección de esta corriente cambia dos veces durante el período de oscilación. Este proceso se ilustra claramente utilizando el ejemplo de una cascada de transistores simple en la siguiente ilustración:
Para simplificar, suponemos que el transistor opera sin polarización de base adicional. Todos los procesos transitorios en el flujo de corriente de suministro y de corriente de bucle ocurren durante un período de oscilación y se repiten en períodos posteriores.
La sección "0" de la característica de tiempo se puede llamar inicial, cuando los procesos de carga y recarga de capacitancia e inductancia aún no se han "asentado", ya que en el momento inicial se descargan. En esta etapa, la capacitancia se carga desde la fuente de energía a través de un transistor abierto, mientras que la corriente de carga es inicialmente máxima y al final de 1/4 del período cae a cero. La corriente en el inductor, que tiene inercia, es mínima. Al final del segmento "0", el circuito pasa al modo resonante "establecido".
En la sección "B" de la característica de tiempo, cuando el capacitor se carga al voltaje de la fuente de energía, la corriente que fluye a lo largo del camino "fuente de energía - bobina - transistor abierto - fuente de energía" aumenta gradualmente. Cuando, como resultado del cierre del transistor, el voltaje en el capacitor excede el potencial aplicado desde la fuente de corriente, el capacitor comienza a descargarse a través del inductor, descargándose completamente al final de la mitad del período. Por lo tanto, durante este período de tiempo "B" dos corrientes fluyen a través del inductor: la corriente de la fuente de alimentación y la corriente del circuito de descarga del condensador.
En la sección “C” de la característica de tiempo, cuando la unión del transistor está cerrada, debido a la inercia del inductor, el capacitor se recarga desde el inductor. El inductor está completamente descargado y el condensador se carga al potencial opuesto. La corriente de la fuente de alimentación en este momento "C" no fluye a través de los elementos del circuito.
En la sección "D" de la característica de tiempo, cuando la unión del transistor está cerrada, el capacitor se descarga de regreso al inductor. El condensador está completamente descargado y la inductancia, por el contrario, está cargada con un potencial opuesto al de la fuente de alimentación. La corriente de la fuente de alimentación en este momento "D" todavía no fluye a través de los elementos del circuito.
En la sección "A" de la característica de tiempo, el capacitor se carga desde el inductor, y cuando la bobina se descarga a un valor menor que el voltaje de la fuente de energía suministrada a través de un transistor abierto, el capacitor se carga desde la fuente de energía. En este caso, la corriente de carga del condensador es inicialmente máxima y al final del período de señal cae a cero. La corriente en el inductor es al principio máxima y al final del intervalo de tiempo "A" se vuelve igual a cero. En el intervalo de tiempo "A", dos corrientes fluyen a través del capacitor: la corriente de la fuente de energía y la corriente del circuito de descarga del capacitor.
El proceso de funcionamiento del circuito resonante se repite cíclicamente según el esquema: A – B – C – D – A.
Por lo tanto, en un circuito resonante, exactamente la mitad del período de la señal armónica en las secciones A y B, se suma dos corrientes: la corriente de la fuente de alimentación y la corriente del circuito, lo que a su vez aumenta la energía del circuito con cada período ( del proceso de recarga). La energía del circuito resonante aumenta únicamente debido a la fuente de energía. Cuánta energía ingresa al circuito resonante, tanta energía se gasta en carga y pérdidas en los elementos del circuito.
Por alguna razón, existe la opinión de que es posible obtener energía “adicional” o “gratuita” a partir de la resonancia eléctrica, y que para ello basta con mantener la resonancia en el circuito. Los procesos descritos anteriormente, que ocurren en un circuito eléctrico resonante, refutan completamente esto, demostrando la acumulación de energía a través de períodos.
Había un artículo en Internet sobre el hecho de que en una planta, un electricista había leído muchos artículos sobre resonancia y, al modificar los transformadores reductores de la planta, redujo el consumo de energía de la planta en un orden de magnitud completo. .
Para contabilizar el consumo energético existen contadores de energía activa, que se instalan en nuestros hogares, y contadores de energía reactiva, que se instalan en las fábricas. ¿Cuál es la diferencia? Las empresas suelen tener una gran cantidad de equipos y máquinas que funcionan con motores trifásicos. Un motor es una inductancia y tener un motor potente implica corrientes enormes. Para garantizar una carga uniforme de motores potentes en una red trifásica en cada momento de tensión trifásica, se instalan condensadores en el circuito de potencia, que junto con los devanados del motor forman circuitos oscilatorios. La acción de estos condensadores es la misma que se describió en las secciones A y B: durante la acción de dos corrientes a la vez: la corriente de la fuente de alimentación y la corriente del circuito. Los contadores de energía activa están diseñados de tal forma que la energía previamente acumulada por el consumidor introduce un error en la medición. Como regla general, esto se debe a la polarización "incorrecta" de la "bobina actual". Los contadores de energía activa muestran la energía consumida por los motores que utilizan "bancos de condensadores", que es aproximadamente un tercio menos que la energía consumida real. Pero los contadores de energía reactiva hacen un excelente trabajo al respecto. Este "aspirante a electricista" no podría hacer ninguna resonancia, aunque sólo fuera porque la carga de los consumidores en la planta durante el día es estable, pero por la mañana, a la hora del almuerzo y por la noche el valor no es constante y varía. ampliamente. Como se describe en este artículo, la resistencia de carga afecta en gran medida la amplitud de salida de un circuito resonante. Si alguien en la planta apagaba una máquina potente antes de la pausa para el almuerzo, el voltaje saltaba y quemaba un par de máquinas más que otros trabajadores aún no habían apagado. Supongo que hizo trampa con los contadores, por lo que fue despedido.
Como conclusión del artículo, me gustaría agregar para aquellos visitantes del sitio que no estudiaron bien en la escuela y, por lo tanto, debido a su ignorancia, creen sinceramente en los magos:
¡La ley de conservación de la energía no ha sido cancelada! ¡Una máquina de movimiento perpetuo basada en resonancia no existe y no puede existir! Cuando funciona un circuito oscilatorio, la energía de la fuente de corriente se acumula a través de períodos, por lo tanto, como resultado de la acumulación, en un momento determinado, la energía del circuito puede exceder la energía que se le suministra. La energía no puede surgir del “vacío”. La “energía libre” es un mito generado por analfabetos, para gente como ellos. La energía está presente en todo lo que nos rodea, solo hay que extraerla correctamente. Se trata de diversos compuestos y elementos químicos, fenómenos naturales, ¡pero no un “Milagro” como el atribuido a Tesla! Y cuanto más estúpido es el "grabador", más "maravilloso" se ve en su cabeza este destacado científico. La resonancia eléctrica también se puede utilizar para ayudar a generar energía, pero como un fenómeno auxiliar que ayuda a influir en los cambios en las propiedades de los materiales. ¡No te molestes con ideas anticientíficas! Todas las leyes físicas existentes no han sido refutadas en un futuro próximo; sólo han sido complementadas y corregidas, lo que ha sido y será siempre con el desarrollo de la tecnología. Presta menos atención a las declaraciones de analfabetos de personas que te atraen con una sensación ficticia. No creas en todas las tonterías, pero primero analiza lo que está escrito en varios artículos y lo que te presentan los distintos medios.
Sin una larga discusión, la resonancia compuesta geométrica tetraédrica o la Regla de los Nueve, es muy posible entender este circuito básicamente como un amplificador magnético y cristalino sintonizado.
Sin embargo, es necesario conocer estos elementos para poder diseñar y construir un MRA, por lo que si desea implementar completamente las características de este circuito, utilice los archivos de KeelyNet, que contienen todo lo que necesita.
En el circuito MRA que se muestra arriba, hay un oscilador variable de baja potencia que suministra una señal a un lado del convertidor de bario-titanita. El lado opuesto del transductor está conectado a una bobina primaria, que está enrollada en un núcleo magnético de ferrita de bario. El extremo opuesto del primario regresa al generador.
El devanado secundario está conectado a un puente rectificador convencional y la salida del puente está conectada a una carga de CC (corriente continua). El condensador de filtro se puede usar en la salida del puente y en la configuración MRA que construimos. Además, la resistencia de carga a través del capacitor evitará que la salida de CC reciba demasiada corriente mientras se configura el circuito. Determinamos que una resistencia de 30 ohmios y 10 vatios era suficiente.
Una vez ensamblado el circuito, coloque un voltímetro a través de la resistencia de salida para verificar si hay aumentos de voltaje a medida que se ajusta el circuito. Ajuste la frecuencia del generador para proporcionar la salida de CC más alta. Durante este proceso, comprenda que el voltaje a través del elemento piezoeléctrico y la bobina será significativamente mayor que el nivel de entrada que está aplicando a la entrada. Vimos un voltaje total de casi 1000 voltios con una corriente de entrada de 30 voltios.
Cuando el circuito está sintonizado, el imán "cantará" entre 8.000 y 11.000 Hz. Si el elemento piezoeléctrico canta, está excediendo sus capacidades de potencia y necesita reducir la cantidad de vueltas de su devanado primario. La frecuencia a la que resuenan tanto el elemento piezoeléctrico como el imán en resonancia óptima será tres veces (tres octavas mayor) la frecuencia a la que canta el imán.
Estos son los nueve matices que se mencionan en la Regla de los Nueve.
Para probar el circuito, configure la precisión, alta potencia, reduzca la resistencia en serie con la salida del generador al elemento piezoeléctrico y mida la caída de voltaje. Debe ser muy pequeño, menos de 0,1 voltios CA. Utilice este valor para determinar la corriente en un circuito en serie y luego calcule la potencia.
Luego, mida el voltaje de CC a través de su resistencia de carga de salida y calcule la potencia nuevamente. Debería obtener entre 3 y 4 veces la potencia de entrada calculada anteriormente.
Una vez que el circuito esté operativo, notará que el voltaje cambiará en 0,1 voltios CC o más, según la hora del día. Esto es consecuencia de la naturaleza de las fuerzas inherentes a la región magnética de la Tierra. Espere un estrés máximo al amanecer o antes.
En nuestro circuito, medimos 0,084 voltios de CA cargados en serie con una resistencia de 2 ohmios, para un total de 0,685 W de disipación primaria. Con esto, logramos 2,75 W de potencia de salida y lo usamos para accionar la lámpara y el motor. Aumentar el voltaje de entrada tuvo el efecto de reducir la corriente primaria mientras aumentaba la potencia de salida, mejorando así la ganancia del factor de potencia. Creemos que se pueden construir grandes sistemas de energía utilizando bobinas grandes, elementos piezoeléctricos grandes y frecuencias más bajas, dentro del rango de frecuencia de audio de los componentes.
Los ARM son esencialmente un medio para liberar energía eléctrica almacenada en imanes. Como tal, es una batería de CA con salida de CC. Se puede utilizar para fuente de alimentación portátil y autocargable con generador de estado sólido y batería recargable. Para aquellos que quieran una breve descripción general de la tecnología, se sugieren los siguientes párrafos, pero se les recuerda encarecidamente que continúen esta lectura con un examen más exhaustivo de los archivos KeelyNet.
Materia=Energía. Para cambiar el material, cambia la energía. La creación de un imán se logra mediante un proceso que hace que el material se expanda y contraiga, lo que hace que el imán esté en un estado constante de colapso. Esta es la razón por la que los imanes atraen materiales con estructuras reticulares similares, mientras intentan llenar el vacío energético que los creó. Los "campos" magnéticos se configuran después del proceso de magnetización, y la única forma de extraer energía eléctrica es rotar físicamente la bobina con respecto al imán.
Sin embargo, también es posible generar una rotación virtual aplicando la frecuencia del sonido de un imán, lo que hace que las rejillas y las áreas vibren. Sin embargo, la potencia necesaria para hacer esto era mayor que la energía liberada por la rotación virtual. Por tanto, es necesario aumentar la vibración sin utilizar corriente excesiva.
El elemento piezoeléctrico tiene un suministro prácticamente inagotable de electrones libres. El uso de un elemento piezoeléctrico en serie con la bobina primaria casi elimina la corriente primaria, ya que es el voltaje lo que produce el elemento piezoeléctrico, no la corriente. En consecuencia, se puede liberar muy poca potencia real del elemento piezoeléctrico y se puede suministrar corriente a la bobina primaria, que hace vibrar el área del imán.
El elemento piezoeléctrico es un catalizador para la circulación de corriente en la bobina primaria. La corriente circulante es aditiva y esta es la razón del alto potencial desarrollado tanto a través del elemento piezoeléctrico como de la bobina primaria.
En este punto, la resonancia se vuelve importante. Debe tener una separación de tres octavas entre la frecuencia de audio del imán y la señal alimentada al elemento piezoeléctrico. La corriente circulante será rica en matices necesarios para la acción del circuito.
Aunque el circuito es simple, utiliza los conceptos de "Phi", rotación virtual, geometría tetraédrica, teoría de elementos piezoeléctricos y transformadores, y conocimientos eléctricos. Esto no se sugiere como proyecto para principiantes debido al alto voltaje involucrado. Para los ingenieros y técnicos, puede resultar difícil aceptar que MRA sea la asociación antes mencionada. Esperemos que esto ayude a construir un mundo mejor.
1 Institución educativa presupuestaria del estado federal de educación profesional superior "Universidad Estatal de Novgorod que lleva el nombre de Yaroslav el Sabio", Veliky Novgorod
2 Institución educativa presupuestaria del estado federal de educación profesional superior "Universidad Estatal de Novgorod que lleva el nombre de Yaroslav el Sabio"
3 Universidad Estatal de Moscú que lleva el nombre. MV Lomonósov, Moscú
4 Instituto de Física General que lleva el nombre. SOY. Prójorov RAS
El artículo proporciona evidencia experimental de la presencia de interacción magnetoeléctrica (ME) en la región de resonancia magnetoacústica (MAR) en un medio artificial piezoeléctrico de ferrita. En materiales de este tipo, el efecto ME se manifiesta como consecuencia de la interacción de componentes magnetoestrictivos y piezoeléctricos. El propósito de este trabajo fue estudiar experimentalmente el efecto ME en la región MAR de ferrita. El elemento ME estaba hecho de dos materiales monocristalinos: piezoeléctrico - silicato de lantano y galio y ferrita - granate de hierro ytrio. El artículo presenta datos experimentales sobre el estudio del efecto ME directo para una muestra IHG-LGS de dos fases en la región MAR. La magnitud del efecto fue de 14,1 V/(cmOe) a una frecuencia de aproximadamente 2,8 MHz. Las mediciones se llevaron a cabo utilizando dos métodos con resultados comparables. Los datos obtenidos permiten predecir la posibilidad de viabilidad técnica de dispositivos de radio y microondas que utilicen el efecto ME en la región MAR con parámetros satisfactorios.
efecto magnetoeléctrico
resonancia magnetoacustica
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Introducción
En la intersección de fenómenos bien conocidos y estudiados, a menudo se pueden observar manifestaciones completamente nuevas de las propiedades internas de las sustancias, que dan lugar a investigaciones avanzadas y sirven como fuente de progreso científico y tecnológico. El artículo proporciona evidencia experimental de la presencia de interacción magnetoeléctrica (ME) en la región de resonancia magnetoacústica en un medio piezoeléctrico de ferrita artificial. En materiales de este tipo, el efecto ME se manifiesta como consecuencia de la interacción de componentes magnetoestrictivos y piezoeléctricos. La interacción mecánica elástica entre las fases magnetoestrictiva y piezoeléctrica da lugar a la respuesta magnetoeléctrica gigante en los materiales compuestos magnetoeléctricos. La interacción entre los subsistemas magnético (espín) y elástico conduce a la aparición de oscilaciones magnetoelásticas acopladas en el imán, que tienen propiedades físicas interesantes. La resonancia magnetoacústica (MAP) se manifiesta en un fuerte aumento de la absorción de una onda acústica al alcanzar condiciones de resonancia con la onda de espín (si sus frecuencias y vectores de onda coinciden). Aquí, a diferencia de la mayoría de los casos de fenómenos de relajación en acústica, es posible controlar las características (tiempo de relajación, etc.) mediante campos magnéticos externos. El propósito de este trabajo es estudiar experimentalmente el efecto ME en la región MAR de ferrita. El estudio de este fenómeno permitirá en el futuro crear una serie de dispositivos de alta frecuencia, por ejemplo, un filtro, una válvula, un desfasador, etc., cuyas características se pueden controlar cambiando la magnitud de la corriente eléctrica. campo.
Muestra experimental y soporte de medición.
El elemento ME estaba hecho de dos materiales monocristalinos. El primer material: silicato piezoeléctrico de lantano y galio La3Ga5SiO14 (langasita - LGS) cortado en Y con dimensiones 15x4x0,5 mm fue proporcionado por Fomos-Materials OJSC, Rusia (http://www.newpiezo.com). El segundo material, el granate monocristalino de itrio-hierro (YIG), también era una placa con dimensiones de 13x4x1,35 mm, orientada en el plano (110), y fue proporcionado por el Instituto de Investigación Ferrit-Domen, Rusia (http:// www.ferrite-dominio.com). Ambas muestras fueron pulidas hasta obtener un acabado de espejo. Se depositaron electrodos de oro con un espesor de 0,5 μm en el plano LGS. El elemento ME se fabricó pegando dos componentes, un piezoeléctrico y una ferrita, utilizando un adhesivo de polivinilbutiral-fenol-formaldehído. El espesor de la junta adhesiva no superaba las 12 micras.
La ubicación del elemento ME en campos magnéticos se muestra en la Fig. 1.
Figura 1. Ubicación del elemento ME en campos magnéticos externos
El elemento ME está ubicado en el centro de la bobina de Helmholtz. El campo magnético constante se dirige a lo largo del plano de la muestra magnetoeléctrica en el primer caso y a través del plano de la muestra magnetoeléctrica en el segundo. El campo electromagnético alterno siempre estuvo dirigido a lo largo del plano de la muestra magnetoeléctrica. En tales condiciones, en la ferrita se excitan ondas de corte de espesor. La característica de resonancia S11 del coeficiente de reflexión en una muestra YGG separada antes del pegado se muestra en la Fig. 2a. A su vez, estas ondas excitan ondas de corte de espesor en el LGS, el piezoeléctrico de corte en Y. La característica de resonancia S11 del coeficiente de reflexión en una muestra LGS separada se presenta en la Fig. 2b. Las frecuencias de resonancia experimentales para ambas muestras coinciden con las calculadas. Las ondas generan una señal en los electrodos planos del piezoeléctrico. La magnitud del campo magnético constante en el caso de la magnetización longitudinal es de 164 Oe y en el caso de la magnetización transversal de 597 Oe. La magnitud del campo magnético alterno es de 150 mOe. La señal se registró desde electrodos ubicados en los planos piezoeléctricos.
Figura 2. Característica de resonancia S11 del coeficiente de reflexión en una muestra separada: a - IZHG, b - LGS
La frecuencia de resonancia de las oscilaciones magnetoelásticas en la placa YG después del pegado se desplaza hacia arriba, lo que se explica por el efecto del desplazamiento de la línea FMR bajo la acción de una tensión mecánica. Después de pegar el elemento ME, ambas características resonantes coinciden en frecuencia.
Para las mediciones se utilizaron dos soportes. Para realizar mediciones panorámicas utilizamos el soporte que se muestra en la Fig. 3a, que incluye una muestra de ME colocada en una bobina de Helmholtz conectada a un medidor de coeficiente de transmisión complejo Obzor-304, un electroimán, una fuente de energía y un gaussímetro. La potencia de la señal en la salida del medidor fue de 10 mW. La instalación realizó mediciones de los coeficientes de reflexión S11, S22 y del coeficiente de transmisión S21 a una frecuencia de aproximadamente 2,8 MHz.
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Figura 3. Soporte de medición: a - para mediciones panorámicas, b - basado en un osciloscopio
Este stand le permite ver cambios en las características en tiempo real. La característica resonante S11 del coeficiente de reflexión de la entrada en la muestra ME, causada por la fase magnética, se muestra en la Fig. 4a. La característica resonante S22 del coeficiente de reflexión de la salida en la muestra ME, causada por la fase piezoeléctrica, se presenta en la Fig. 4b. Para crear condiciones que exciten vibraciones magnetoelásticas en la muestra ME, se utilizó un campo magnetizante. Los resultados para la magnetización transversal y longitudinal no difirieron significativamente. La característica de transferencia de S21 se muestra en la Fig. 5a. La curva 1 muestra el coeficiente. paso sin campo magnetizante, curva 2 - con campo magnetizante. A la frecuencia de resonancia magnetoacústica en ferrita, aproximadamente 2,8 MHz, se observa un aumento en la amplitud del coeficiente de transmisión de aproximadamente 15 dB en comparación con el caso no resonante. Este comportamiento indica que la mayor parte de la energía se transfiere a través de la energía de las olas desde la entrada del dispositivo hasta su salida. Dado que en las estructuras sólo se pueden excitar ondas de corte de espesor, esto indica la presencia del efecto MAR en este rango de frecuencia. Los estudios teóricos de MAR en relación con los fenómenos magnetoeléctricos (ME) se llevaron a cabo en trabajos donde se consideró el efecto magnetoeléctrico en una estructura de película piezoeléctrica magnetoestrictiva de dos capas sobre un sustrato dieléctrico en la región de resonancia magnetoacústica. Los datos experimentales confirman los cálculos teóricos.
Figura 4. Características del coeficiente de reflexión en la muestra ME: a - S11, b - S22
Figura 5. a - característica de transferencia de la muestra ME S21, b - valor aME de la muestra ME en la frecuencia de resonancia
El diagrama de bloques de la segunda instalación se muestra en la Fig. 3b. Incluye una muestra ME conectada a un osciloscopio y colocada en una bobina de Helmholtz conectada a un generador de señales, un electroimán, una fuente de energía y un gaussímetro. El coeficiente ME directo se midió en el stand.
Los valores del coeficiente ME aME en la frecuencia de resonancia magnetoacústica se muestran en la Fig. 5B. A una frecuencia de aproximadamente 2,8 MHz, era de aproximadamente 14,1 V/(cm×Oe).
Comparando los datos mostrados en la Fig. 5a y fig. 5b, es obvio que son completamente idénticos y los dos métodos de medición son completamente comparables en resultados.
Como resultado de los estudios se obtuvieron resultados satisfactorios sobre la magnitud del efecto ME. Estas son las primeras mediciones del efecto ME realizadas en el rango de radiofrecuencia y que tienen una magnitud tan significativa. Las premisas teóricas dadas en trabajos publicados anteriormente quedan plenamente confirmadas. En el futuro se publicarán cálculos exactos en comparación con los datos experimentales. Está previsto realizar cálculos de los espectros de vibraciones magnetoacústicas y elásticas para estimar la magnitud de la interacción de vibraciones en diferentes condiciones de excitación.
Conclusión
El artículo presenta datos experimentales sobre el estudio del efecto ME para una muestra IHG-LGS de dos fases en la región MAR. La magnitud del efecto fue de 14,1 V/(cm×Oe) a una frecuencia de aproximadamente 2,8 MHz. Las mediciones se llevaron a cabo utilizando dos métodos con resultados comparables. Los datos obtenidos permiten predecir la posibilidad de viabilidad técnica de dispositivos de radio y microondas que utilicen el efecto ME en la región MAR.
El trabajo se llevó a cabo en el marco del programa objetivo federal "Personal científico y científico-pedagógico de la Rusia innovadora" para el período 2009-2013.
Revisores:
Zakharov Anatoly Yulievich, Doctor en Física y Matemáticas, Profesor, Jefe de Sección del Departamento de Física General y Experimental, Instituto de Física Eléctrica y Experimental, NovSU, Veliky Novgorod.
Seleznev Boris Ivanovich, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor, Director del Instituto de Ciencias de la Información Eléctrica de NovSU, Veliky Novgorod.
El término "resonancia magnética" se refiere a la absorción selectiva (resonante) de la energía de un campo electromagnético alterno por parte del subsistema electrónico o nuclear de una sustancia expuesta a un campo magnético constante. El mecanismo de absorción está asociado con transiciones cuánticas en estos subsistemas entre niveles de energía discretos que surgen en presencia de un campo magnético.
Las resonancias magnéticas suelen dividirse en cinco tipos: 1) resonancia ciclotrón (CR); 2) resonancia paramagnética electrónica (EPR); 3) resonancia magnética nuclear (RMN); 4) resonancia ferromagnética de electrones; 5) resonancia antiferromagnética electrónica.
resonancia ciclotrón. Durante la RC, se observa una absorción selectiva de la energía del campo electromagnético en semiconductores y metales ubicados en un campo magnético constante, causada por transiciones cuánticas de electrones entre niveles de energía de Landau. El espectro de energía casi continuo de los electrones de conducción en un campo magnético externo se divide en niveles equidistantes.
La esencia del mecanismo físico de la RC puede entenderse en el marco de la teoría clásica. Un electrón libre se mueve en un campo magnético constante (dirigido a lo largo del eje) a lo largo de una trayectoria en espiral alrededor de líneas de inducción magnética con una frecuencia de ciclotrón.
donde y son la magnitud de la carga y la masa efectiva del electrón, respectivamente. Ahora encendamos un campo de radiofrecuencia con una frecuencia y un vector perpendicular (por ejemplo, a lo largo del eje). Si el electrón tiene una fase adecuada de su movimiento a lo largo de la espiral, entonces, dado que la frecuencia de su rotación coincide con la frecuencia del campo externo, se acelerará y la espiral se expandirá. Acelerar un electrón significa aumentar su energía, lo que se produce debido a su transferencia desde el campo de radiofrecuencia. Por tanto, la absorción resonante es posible si se cumplen las siguientes condiciones:
la frecuencia del campo electromagnético externo, cuya energía se absorbe, debe coincidir con la frecuencia ciclotrón de los electrones;
el vector de intensidad del campo eléctrico de una onda electromagnética debe tener una componente normal a la dirección del campo magnético constante;
el tiempo medio de viaje libre de los electrones en el cristal debe exceder el período de oscilaciones del ciclotrón.
El método CR se utiliza para determinar la masa efectiva de portadores en semiconductores. A partir de la mitad del ancho de la línea CR se pueden determinar los tiempos de dispersión característicos y, con ello, determinar la movilidad del portador. A partir del área de la línea se puede determinar la concentración de portadores de carga en la muestra.
Resonancia paramagnética electrónica. El fenómeno EPR consiste en la absorción resonante de energía de un campo electromagnético en muestras paramagnéticas colocadas en un campo magnético constante normal al vector magnético del campo electromagnético. La esencia física del fenómeno es la siguiente.
El momento magnético de un átomo que tiene electrones desapareados se determina mediante la expresión (5.35). En un campo magnético, los niveles de energía de un átomo, debido a la interacción del momento magnético con el campo magnético, se dividen en subniveles con energía.
¿Dónde está el número cuántico magnético del átomo y toma el valor?
De (5.52) queda claro que el número de subniveles es igual a , y la distancia entre subniveles es
Las transiciones de átomos de niveles inferiores a superiores pueden ocurrir bajo la influencia de un campo electromagnético externo. Según las reglas de selección de la mecánica cuántica, las transiciones permitidas son aquellas en las que el número cuántico magnético cambia en uno, es decir. En consecuencia, el cuanto de energía de dicho campo debe ser igual a la distancia entre los subniveles.
La relación (5.55) es la condición EPR. Un campo magnético alterno de frecuencia resonante provocará con la misma probabilidad transiciones de los subniveles magnéticos inferiores a los superiores (absorción) y viceversa (emisión). En un estado de equilibrio termodinámico, la relación entre las poblaciones de dos niveles vecinos está determinada por la ley de Boltzmann.
De (5.56) se desprende claramente que los estados con menor energía tienen una mayor población (). Por tanto, el número de átomos que absorben cuantos del campo electromagnético, en estas condiciones, prevalecerá sobre el número de átomos emisores; Como resultado, el sistema absorberá la energía del campo electromagnético, lo que provocará un aumento. Sin embargo, debido a la interacción con la red, la energía absorbida se transfiere en forma de calor a la red y, por lo general, tan rápidamente que en las frecuencias utilizadas la relación difiere muy poco de su valor de equilibrio (5.56).
Las frecuencias de EPR se pueden determinar a partir de (5.55). Sustituyendo el valor y contando (puramente momento de giro), obtenemos para la frecuencia de resonancia
De (5.57) se desprende claramente que en campos de hasta 1 T las frecuencias de resonancia se encuentran en el rango de Hz, es decir, en las regiones de radiofrecuencia y microondas.
La condición de resonancia (5.55) se aplica a átomos aislados que tienen momentos magnéticos. Sin embargo, sigue siendo válido para un sistema de átomos si la interacción entre los momentos magnéticos es insignificante. Un sistema de este tipo es un cristal paramagnético en el que los átomos magnéticos se encuentran a grandes distancias unos de otros.
El fenómeno EPR fue predicho en 1923. Ya.G. Dorfman y descubierto experimentalmente en 1944. E.K.Zavoisky. Actualmente, la EPR se utiliza como uno de los métodos más potentes para estudiar sólidos. A partir de la interpretación de los espectros ESR se obtiene información sobre defectos, impurezas en sólidos y estructura electrónica, sobre los mecanismos de reacciones químicas, etc. Los amplificadores y generadores paramagnéticos se basan en el fenómeno EPR.
Resonancia magnética nuclear. Las partículas elementales pesadas son protones y neutrones (nucleones) y, en consecuencia, los núcleos atómicos formados a partir de ellas tienen sus propios momentos magnéticos, que sirven como fuente de magnetismo nuclear. El papel del momento magnético elemental, por analogía con el electrón, lo desempeña aquí el magnetón nuclear de Bohr.
El núcleo atómico tiene un momento magnético.
donde es el factor - del núcleo, es el número de espín del núcleo, que toma valores enteros y semienteros:
0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)
Proyección del momento magnético nuclear sobre el eje. z El sistema de coordenadas elegido arbitrariamente está determinado por la relación.
Aquí, el número cuántico magnético, cuando se conoce, toma los siguientes valores:
En ausencia de un campo magnético externo, todos los estados con diferentes tienen la misma energía, por lo tanto, están degenerados. Un núcleo atómico con un momento magnético distinto de cero, colocado en un campo magnético constante externo, experimenta una cuantificación espacial y su nivel degenerado se divide en un multiplete de Zeeman, cuyos niveles tienen energías.
Si después de esto el núcleo se expone a un campo alterno cuyo cuanto de energía es igual a la distancia entre los niveles (5.63)
luego se produce una absorción resonante de energía por los núcleos atómicos, lo que se llama resonancia paramagnética nuclear o simplemente resonancia magnética nuclear.
Debido a que es mucho más pequeña, la frecuencia de resonancia de RMN es notablemente más baja que la frecuencia de EPR. Por tanto, se observa RMN en campos del orden de 1 T en la región de radiofrecuencia.
La RMN como método para estudiar núcleos, átomos y moléculas ha recibido diversas aplicaciones en física, química, biología, medicina y tecnología, en particular, para medir la fuerza de los campos magnéticos.
El método tradicional de espectroscopia de RMN tiene muchas desventajas. Primero, se requiere una gran cantidad de tiempo para construir cada espectro. En segundo lugar, exige mucho la ausencia de interferencias externas y, por regla general, los espectros resultantes tienen un ruido significativo. En tercer lugar, no es adecuado para la creación de espectrómetros de alta frecuencia. Por lo tanto, los instrumentos modernos de RMN utilizan el método de la llamada espectroscopia de pulso, basada en las transformadas de Fourier de la señal recibida.
Actualmente, todos los espectrómetros de RMN se construyen sobre la base de potentes imanes superconductores con un campo magnético constante.
La esencia de la introscopia de RMN (o resonancia magnética) es la implementación de un tipo especial de análisis cuantitativo de la amplitud de la señal de resonancia magnética nuclear. En los métodos de introscopia de RMN, el campo magnético se crea para que sea obviamente no uniforme. Entonces hay motivos para esperar que la frecuencia de la resonancia magnética nuclear en cada punto de la muestra tenga su propio valor, diferente de los valores en otras partes. Al configurar cualquier código para las gradaciones de la amplitud de las señales de RMN (brillo o color en la pantalla del monitor), se puede obtener una imagen convencional (tomograma) de secciones de la estructura interna del objeto.
Resonancia ferromagnética y antiferromagnética.. La esencia física de la resonancia ferromagnética es que bajo la influencia de un campo magnético externo que magnetiza el ferroimán hasta la saturación, el momento magnético total de la muestra comienza a precesar alrededor de este campo con una frecuencia de Larmor que depende del campo. Si se aplica un campo electromagnético de alta frecuencia a dicha muestra, perpendicular a , y se cambia su frecuencia, entonces se produce una absorción resonante de la energía del campo. La absorción en este caso es varios órdenes de magnitud mayor que con la resonancia paramagnética, porque la susceptibilidad magnética y, en consecuencia, el momento de saturación magnética en ellos es mucho mayor que el de los materiales paramagnéticos.
Características de los fenómenos de resonancia en ferro. - y los antiferromagnetos están determinados principalmente por el hecho de que en tales sustancias no se trata de átomos aislados o iones de cuerpos paramagnéticos ordinarios que interactúan relativamente débilmente, sino de un sistema complejo de electrones que interactúan fuertemente. La interacción de intercambio (electrostática) crea una gran magnetización resultante y, con ella, un gran campo magnético interno, que cambia significativamente las condiciones de resonancia (5.55).
La resonancia ferromagnética se diferencia de la EPR en que la absorción de energía en este caso es muchos órdenes de magnitud más fuerte y la condición de resonancia (la relación entre la frecuencia de resonancia del campo alterno y la magnitud del campo magnético constante) depende significativamente de la forma del muestras.
Muchos dispositivos de microondas se basan en el fenómeno de la resonancia ferromagnética: válvulas y filtros resonantes, amplificadores paramagnéticos, limitadores de potencia y líneas de retardo.
Resonancia antiferromagnética ( electrónico resonancia magnetica V antiferroimanes) – el fenómeno de una respuesta selectiva relativamente grande del sistema magnético de un antiferroimán a la influencia de un campo electromagnético con una frecuencia (10-1000 GHz) cercana a las frecuencias naturales de precesión de los vectores de magnetización de las subredes magnéticas del sistema. Este fenómeno va acompañado de una fuerte absorción de energía del campo electromagnético.
Desde un punto de vista cuántico, una resonancia antiferromagnética Puede considerarse como una transformación resonante de fotones de campo electromagnético en magnones con un vector de onda.
Para observar un resonancia antiferromagnética Se utilizan radioespectrómetros, similares a los que se utilizan para estudiar la ESR, pero que permiten realizar mediciones en frecuencias altas (hasta 1000 GHz) y en campos magnéticos fuertes (hasta 1 MG). Los espectrómetros más prometedores son aquellos en los que lo que se explora no es el campo magnético, sino la frecuencia. Los métodos de detección óptica se han generalizado. resonancia antiferromagnética.
El principio es un dispositivo con una eficiencia superior al 100%, dirás que esto es falso y que no todo es real, pero esto no es cierto. El dispositivo se ensambló utilizando piezas domésticas. El diseño del transformador tiene una característica: el transformador tiene forma de W con un espacio en el medio, pero en el espacio hay un imán de neodimio, que envía el impulso inicial a la bobina de retroalimentación. Las bobinas captadoras se pueden enrollar en cualquier dirección, pero al mismo tiempo se requiere una precisión milimétrica en su bobinado; deben tener la misma inductancia; Si esto no se cumple, no habrá resonancia; un voltímetro conectado en paralelo a la batería le informará de ello. No he encontrado ninguna aplicación particular a este diseño, pero se puede conectar una fuente de luz en forma de lámparas incandescentes.
Características técnicas en resonancia:
La eficiencia está por encima del 100%.
La corriente inversa es de 163-167 miliamperios (no sé cómo sucede esto, pero la batería se está cargando)
El consumo actual es de 141 miliamperios (resulta que 20 miliamperios es energía gratis y sirve para cargar la batería)
Bobina de alambre rojo L1
Bobina de cable verde L2
El cable negro es la bobina captadora.
Ajustes
Por mi propia experiencia, estaba convencido de que la bobina L1, enrollada con el mismo cable, se sintoniza más fácilmente en resonancia con L2, creando más corriente de la que se consume. Según tengo entendido, se crea una resonancia ferromagnética, que alimenta la carga y carga la batería con una corriente alta. Para ajustar la resonancia, debe haber dos bobinas idénticas o una; cuando el dispositivo está encendido, se mueven bajo la carga de una lámpara incandescente (en mi caso, una lámpara de 12 voltios y 5 vatios). Para configurarlo, conecte un voltímetro en paralelo con la batería y comience a mover la(s) bobina(s). En resonancia, el voltaje de la batería debería comenzar a aumentar. Al alcanzar un cierto umbral, la batería dejará de cargarse y descargarse. Necesita instalar un disipador de calor grande en el transistor. En el caso de dos bobinas todo es más complicado, ya que es necesario enrollarlas para que las inductancias sean prácticamente iguales con diferentes cargas, la ubicación de las bobinas derecha e izquierda cambiará; Si no se siguen estas reglas de sintonización, es posible que no se produzca resonancia, pero obtendremos un convertidor elevador simple con alta eficiencia. Los parámetros de mi bobina son 1:3, es decir, L1 8 vueltas, L2 24 vueltas, ambos con la misma sección de cable. L1 cuelga encima de L2. Bobinas extraíbles, no importa el tipo de cable, pero yo tengo 1,5 mm.
Foto
El dispositivo terminado se encuentra en un estado no resonante (bobinas conectadas en serie)
Prueba de autoalimentación desde una bobina extraíble a través de un diodo. (Resultado: falla, funciona durante 14 segundos con deterioro)
El estado de resonancia en una bobina sin autoalimentación a través de un diodo. El experimento fue exitoso, con la batería conectada, el convertidor funcionó durante 37 horas 40 minutos, sin perder voltaje en la batería. Al inicio del experimento, el voltaje de la batería era de 7,15 voltios, al final era de 7,60 voltios. Esta experiencia ha demostrado que el convertidor es capaz de ofrecer una eficiencia superior al 100%. Para la carga utilicé una lámpara incandescente de 12 Voltios y 5 Watts. Me negué a intentar utilizar otros dispositivos, ya que el campo magnético alrededor del dispositivo es muy fuerte y crea interferencias en un radio de un metro y medio, la radio deja de funcionar en un radio de 10 metros.
| Designación | Tipo | Denominación | Cantidad | Nota | Comercio | mi bloc de notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | transistores bipolares | KT819A | 1 | KT805 | al bloc de notas | |
| C1 | Condensador | 0,1 µF | 1 | al bloc de notas | ||
| C2 | Capacitor electrolítico | 50 µF 25 V | 1 | al bloc de notas | ||
| R1 | Resistor | 2,2 kiloohmios | 1 | al bloc de notas | ||
| R2 | Resistor | 62 ohmios | 1 | al bloc de notas | ||
| Bat1 | Batería | 12 voltios | 1 |
