Новый метаматериал поглощает электромагнитную энергию без нагрева

Поделиться



Метаматериалы (Metamaterials) представляют собой синтетические материалы, состоящие из множества отдельных составляющих , которые в совокупности дают свойства которые не встречаются в природе. Представьте себе электромагнитные волны, движущееся через плоскую поверхность из тысяч крошечных электрических ячеек. Если исследователи могут настроить каждый элемент для манипуляции волнами определенным образом, то они могут задавать, как именно волна должна вести себя как единое целое.





Чтобы манипулировать электромагнитными волнами, исследователи, как правило, должны были использовать электропроводность металлов. Однако, такой подход приносит с собой фундаментальную проблему металлов — чем более высокая электропроводность, тем больше материал нагревается. Это ограничивает их пользу в температурно-чуствительных процессах.

В своей новой работе, инженеры - электрики из Университета Дьюка демонстрируют первый полностью диэлектрический (неметаллический) электромагнитный метаматериал —  поверхность которого покрыта цилиндрами, как поверхность детальки Lego, которые предназначены для поглощения терагерцовых волн . Из-за того что этот диапазон частот находится между инфракрасными волнами и микроволнам, подход может быть применим практически для любой частоты электромагнитного спектра.

«Люди создавали такого типа устройства и раньше, но предыдущие попытки с диэлектриками всегда были в паре с каким-то металлом»  - сказал Вилли Падилья, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Дьюка. «Нам все еще нужно оптимизировать процесс, так как развитие нескольких технологий будет намного проще с метаматериалом, чем с металлами ».



Взглянем более пристально на один из цилиндров, содержащихся в новом неметаллическом метаматериале. Стрелки показывают, как различные аспекты электромагнитного поля взаимодействуют с цилиндром.

Падилья и его коллеги создали свой метаматериал из кремния покрытого бором. Используя компьютерное моделирование, они подсчитали, как терагерцовые волны будут взаимодействовать с цилиндрами разной высоты и ширины.

Затем исследователи изготовили прототип, состоящий из сотен оптимизированных цилиндров выровненных в ряд на плоской поверхности. Физические испытания показали, что новая «метоповерхность» («metasurface») впитывается 97,5 % энергии, вырабатываемых волн на частоте 1,011 ТГц.

Эффективное поглощение энергии электромагнитных волн является важным свойством для многих технологий и применений. Например, тепловизионные приборы могут работать в терагерцовом диапазоне, а потому ранее в них частично применялся металл, а получение четких изображений было достаточно сложной задачей.«Тепло распространяется  в металлах быстро, что является проблемой для тепловизоров» — сказал Лю Ксинью, сотрудник лаборатории Падильи и соавтор статьи. «Есть способы изолировать металл в процессе изготовления, но это становится громоздким и дорогостоящим процессом».

Другое потенциальное применение для новой технологии является эффективное освещение. Лампы накаливания дают свет, но и создают значительное количество неиспользуемого тепла. Они должны работать при высоких температурах для получения света, которые значительно выше, чем температура плавления большинства металлов.

«Мы можем произвести диэлектрическую метаповерхность, предназначенный для излучения света, не производя побочного тепла» — сказал Падилья. «Несмотря на то, что мы уже были в состоянии сделать это с помощью метаматериалов на металлической основе, материалу все равно  придется работать при высокой температуре. Диэлектрические материалы имеют точки плавления гораздо выше, чем металлы, поэтому мы пытаемся переместить эту технологию в инфракрасную область спектра, чтобы продемонстрировать такую систему освещения». опубликовано  

 

Источник: ecotechnology

Горизонтальные водопады бухты Талбот

Поделиться



        








        Горизонтальные водопады расположены в бухте Талбот в области Кимберли, западная Австралия. И хотя их и называют водопадами, это естественное явление фактически представляет собой несколько ущелий в горной цепи Макларти. Когда большое количество воды направляется по ущелью, вызываемое приливными волнами, возникают временные водопады высотой до 5 метров. Когда меняется направление потока, также меняются и направления водопадов.





        Эти двойные ущелья расположены в горных хребтах, идущих параллельно на расстоянии в 300 метров. Самый близкий к морю промежуток составляет приблизительно 20 метров в ширину, а второй участок всего 10 метров. Он же и является самым красивым. Когда происходит повышение, или падение уровня воды. Создается довольно высокое давление и вода устремляется в более низкое пространство с огромной скоростью. Когда поток воды меняется водопады поворачиваются в противоположном направлении.

        Перепад потоков здесь составляет 10 метров и возникает в промежутке шести с половиной часов от отлива до прилива и наоборот. Когда поток бывает слабый, в промежутках можно даже проплыть на лодке, но это бывает довольно редко.

      Эти удивительные природные явления были описаны, как одно из самых больших природных естественных чудес мира. Несомненно, их можно включить в список самых красивых водопадов мира.













Источник: /users/104

Защита кораблей от волн

Поделиться



        Корабли в открытом море подвергаются многим опасностям, и далеко не все они связаны с бурями и ураганами. Блуждающие волны, волны-убийцы, волны-злодейки – все это относится к такому пока что мало изученному явлению, как внезапно возникающие из ниоткуда волны, способные в мгновения потопить практически любое плавучее судно.





        Этот исследовательский корабль под названием Rogue Hunter (Охотник на злодея) был спроектирован французским дизайнером, специализирующимся на морской тематике, Сильвеном Вио (Sylvain VIAU) для того, чтобы охотиться и изучать одиночные волны, которые представляют опасность для многих кораблей в море. Сам дизайнер верит, что однажды людям удастся провести реальные измерения в море, в том числе и во время бури, чтобы подтвердить теорию аномальных волн. Именно для этой цели и необходим специально сконструированный корабль, который будет способен выполнить эту задачу и вернуться назад неповрежденным.

        Корабль Rogue Hunter для успешного осуществления своих функций имеет крепкий волнопроходимый корпус, полностью сконструированный начиная с общей структуры и заканчивая двигательной установкой для преодоления самых огромных и сильных волн. Чрезвычайно гладкий нос корабля предлагает отсутствие слабых точек. Корма его спроектирована так, чтобы максимально хорошо защищать двигатель как снаружи, так и изнутри, а также предохранять от гибели основное оборудование на борту. Длина этого корабля составляет 57 метров, ширина – 8 метров, и он способен достигать скорость в 18 узлов.





        Двигательная установка, используемая для работы – электрический дизель с большим блоком питания в трюме, что позволяет обеспечить кораблю хорошую устойчивость и поддерживать питание от электрических двигателей, только когда генератор выключен.

        В настоящий момент проект пока еще находится в стадии разработки, но уже нет никаких сомнений, что с его помощью исследователи получат отличную возможность изучить причины появления и поведение волн-убийц и таким образом спасти множество человеческих жизней.





Источник: /users/104

Существует место, где пустыня встречается с океаном

Поделиться



        В южной части пустыни Намиб расположены наиболее высокие и красивые дюны из песка в мире. Их цвет меняется от розового до ярко-оранжевого. Эти дюны тянутся до самого Aтлантического океана. Голубые волны лижут пeсчаные дюны Нaмиб, и это зрелище довольно необычное.



        Хотя морской берег тянется на сотни километров, лучшее «место встречи» песчаных дюн с водой – это Свакoпмунд. В Нaмибии это место именуют Свaкопом – это большой прибрeжный город и глaвный пункт назначения для всех жителей ближних городов на выходные. 





        Немецкое прoисхождение города заметно в старых кoлониальных зданиях, которые разбросаны по всему городу, что еще больше кoнтрастируют с пустыней. Из этого города мoжно прoлететь на вeртолете над Бeрегом Скeлетов и пустыней Нaмиб.





Источник: /users/413

Американцы придумали, как лишить гаджеты зависимости от аккумулятора

Поделиться



        Ученые из университета Вашингтона представили систему беспроводной связи между двумя аппаратами, она не нуждается в элементах питания. Результаты исследования опубликовали в докладе на конференции ACM SIGCOMM 2013, которая проходила несколько дней назад в Гонконге.





        Суть инновации зaключается в испoльзовании радиоволн от других источников, которых огромное количество в окружающем пространстве, как средства передачи данных и источник энергии вместо того, чтобы излучать собственный сигнал.
        Устройство, которое передает информaцию в созданной амeриканцами системе, сможет либо отражать, либо поглощать случайные прохoдящие через него радиоволны. Абсoрбция излучения означает 0, а отрaжение, из-за чего волна попадает на принимaющий аппарат, — 1.

        В свою очередь, принимaющий аппарат может, пользуясь энергией элeктромагнитных волн, получать перeдаваемую информaцию. В своих испытаниях инженеры использoвали для передачи инфoрмации волны ТВ-вещания, хотя можно использовать и волны от базовых станций мобильной связи.





        Для передачи информации использовали два аппарата, размер которых сравнимый с кредитной картой, оборудовaнные антенной, и нaходящиеся друг от друга на рaсстоянии примeрно 76 см при провеeдении тестов на улице и на рaсстоянии 46 см при эксперимeнте внутри здания. Ученые добились скорости перeдачи данных 1 Кбит/с.

Источник: /users/413

Изумрудный закат - чудо физики

Поделиться



Могу поспорить, что каждый из нас неоднократно видел, красное небо при закате. Его характерный цвет обусловлен преломлением и рассеянием солнечного света в атмосфере Земли. Однако мало кто хоть раз видел такое удивительное зрелище — зеленый закат. Это  природное событие можно наблюдать, когда линия горизонта расположена далеко, а воздух кристально чист. В большинстве случаев зеленый луч удается увидеть лишь на мгновение над водной гладью моря или океана и только иногда — в горах. Появление его в средней полосе Украины — исключительно редкое событие и возможно лишь при удачном сочетании большого числа благоприятных факторов. Автору данной фотографии удалось наблюдать и сфотографировать зеленый луч.  





В основном, счастливчики, которым выпала возможность такое увидеть, — моряки. Они считают, что его появление — хорошая примета, знак удачного завершения путешествия. Люди верили, что тот, кто увидел зеленый луч — обретет свое счастье. Яркие вспышки сине-зеленого цвета, на краю Солнца, оставляют неизгладимые впечатления и воспоминания на всю жизнь.





Скептики считают зеленый луч вымыслом или оптическим обманом. Некоторые полагают, что это реакция человеческого глаза, утомленного созерцанием солнца. Именно для последних знаменитый популяризатор науки Я. И. Перельман в своей книге «Занимательная физика» не только подробно объясняет причину природного явления «зеленый луч», но и приводит факты, опровергающие различные заблуждения по этому поводу. А в наше время, когда фотографическая техника дает возможность запечатлеть многочисленные случаи появления зеленого луча, сомнения, похоже, должны оставить скептиков





Причины возникновения этого необыкновенного зрелища легко объяснить опираясь на знания, полученные в средней школе. Известно, что солнечный свет состоит из набора электромагнитных волн, каждая из которых обладает своей частотой и длиной. Волна определенной частоты воспринимается человеческим глазом как цвет: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать, где сидит фазан). Красный цвет обладает наибольшей в данном спектре длиной волны, составляющей около 0,7-0,6 микрометра. Для зеленого и фиолетового цветов длина волны равна примерно 0,5 и 0,4 микрометра соответственно. Несмотря на такие, казалось бы, небольшие различия в длине волны, лучи разного цвета по-разному распространяются в веществе, в частности имеют различные скорости. Зависимость скорости световых волн в веществе от их длины или частоты есть проявление более общей зависимости скорости отклика вещества на частоту колебаний электрического поля в световой волне. В физике такое явление называется дисперсией. В большинстве веществ и сред, в том числе и в земной атмосфере, красный свет распространяется с большей скоростью, чем сине-зеленый. Такая зависимость, называемая нормальной дисперсией, соответствует меньшим показателям преломления для красного света, чем для сине-зеленого. Напомним, что показатель преломления — это величина, показывающая на сколько скорость света в веществе v меньше, чем в вакууме: n = c/v, где с ≈ 3•108 м/c — скорость света в вакууме. 





А если вы еще и знаете закон преломления света, все вообще просто. Согласно данному закону, при наклонном падении света на границу сред с различными показателями преломления световой луч отклоняется от первоначального направления распространения, то есть преломляется. При попадании светового луча из области с меньшим значением n, например из вакуума, где n = 1, в среду с большим значением n угол преломления всегда меньше угла падения. Напомним, что оба угла отсчитываются от нормали (перпендикуляра) к границе раздела областей. Так как показатели преломления для волн разной длины различаются, то и углы преломления будут разными, а именно: красный свет будет преломляться меньше, чем зеленый. Это, в частности, служит причиной разложения белого света в спектр при его пропускании через стеклянную призму. Подобное разложение солнечного света в спектр имеет место и в атмосфере Земли. Однако наблюдается оно лишь в отдельных случаях и в особых местах. Так, при заходе или восходе солнца его лучи, видимые наблюдателем на Земле, наклонно падают из космического пространства (вакуума). Поскольку плотность атмосферы нарастает при приближении к поверхности Земли, то и показатель преломления света увеличивается. Свет, распространяясь из космоса к земной поверхности, постоянно преломляется, а значит, и разлагается в спектр, причем, как и в стеклянной призме, меньше всего преломляются лучи красного света. Хотя различие показателей преломления для красного и сине-зеленого световых лучей в атмосфере крайне мало, но на больших расстояниях (сотни километров) эффект их разделения вполне наблюдаем. Именно в этом и состоит причина появления зеленого луча. Действительно, в то время как солнце уже реально находится за линией горизонта и его красные лучи проходят выше наблюдателя, более коротковолновые зеленые лучи, отклоненные сильнее, можно увидеть. Конечно, голубые, синие и фиолетовые лучи, обладающие еще меньшей длиной волны, преломляются гораздо сильнее, но увидеть их практически невозможно: они очень сильно рассеиваются и поглощаются в земной атмосфере. 





 

Основное препятствие для наблюдения зеленого луча — рассеяние на взвешенных частицах тумана, пыли, дыма и других земных загрязнений воздуха, а также на неоднородностях атмосферы. Кроме того, как уже упоминалось, длина пути солнечного света от точки входа в атмосферу Земли до точки наблюдения должна быть достаточно большой. Все эти условия легче всего выполняются при наблюдении заката или восхода солнца на больших водных пространствах. Увидеть зеленый луч в степи или в лесистой местности практически невозможно. Даже понимая все физические причины и естественное природное происхождение зеленого луча, трудно избавиться от сильного эмоционального воздействия. Поэтому, подобно морякам и поэтам, хочется верить, что появление этого чуда природы послужит хорошим предзнаменованием для страны и живущих в ней людей.





 

Источник: /users/1

Фотографии морских волн от Clark Little

Поделиться



Море всегда привлекало художников, поэтов и фотографов из-за его непостижимой силы, невероятно красивых голубых волн и их обитателей. Сколько сложено песен, стихов о море, сколько написано картин и сделано фотоснимков — не счесть. Но то, как снимает и какие при этом получаются фотографии у Clark Little (Кларк Литтл) — это просто фантастика.

Фотограф Кларк Литтл родился в 1968 году в Калифорнии, сейчас живет на Гавайях. С детства любит море и хорошую волну, так как всю жизнь занимался серфингом и поэтому знает не по наслышке какая же бывает волна. Он сам не раз бывал в ее власти и видел волну не только со стороны, но и видел всю ее мощь и силу изнутри. Кстати, идею снимать морской пейзаж Кларку посоветовала, а вернее попросила жена, которая захотела украсить стену спальни картиной с морской тематикой. И тогда вооружившись камерой Кларк сделал несколько невероятных снимков прибрежных волн, как она зарождается, закручивается и разбивается о берег. Фотографии получились просто класс. С той поры Кларк просто не выпускает камеру из рук.

Посмотрев снимки Кларка можно на мгновение представить, что видит серфер погрузившись в накрывшую его волну. Невероятные и удивительные краски и отблески света и солнца в воде, поднявшийся пенный водоворот из песка, или встретившиеся две волны на береговой зоне и словно взрыв разметали в разные стороны белые брызги и морскую пену.

Как говорит сам Кларк, он очень любит снимать изумительную красоту волн, заворачивающихся в большие валуны, с белыми гребнями, и как бывалый и умелый серфер он знает, как не попасть в «лапы» мощных волн и при этом сделать эти подробные и невероятные фото кадры. В фото коллекции Кларка есть и снимки, сделанные в ночное время суток, где белоснежные волны особенно хороши на фоне черного неба. Есть и серия снимков зимнего гавайского моря, когда из-за долгих проливных дождей, море становится огненно-красным от поднятого со дна песка, и кажется, что само солнце растворилось в морской пучине.

Кларк Литтл опубликовал свою книгу под названием «На гребне волны от Кларка Литтла», где была размещена лучшая подборка фото снимков гавайских волн.

 
  


Источник: allfreefoto.ru

О прошлом Вселенной расскажут гравитационные волны

Поделиться





 Рубаков Валерий

Говоря о волнах гравитационных, нельзя не вспомнить Валерия Рубакова – ведущего специалиста России, занимающегося этими вопросами и имеющего более ста шестидесяти научных трудов. Это он внес в теорию ранней Вселенной существенный вклад, как и в теории: гравитации, образования ассиметрии барионной Вселенной, а также квантовую непертурбативную теорию поля.

Сегодня он убежден, что гравитационные волны Вселенной, если и не расскажут о ее будущем, то прошлое объяснят досконально. Для этого ученые используют телескоп BICEP2, расположенный на Южном полюсе, и еще пару детекторов, и данные, предоставленные спутником Planck.

Только после тщательного анализа всей информации, можно будет понять, насколько действительное соответствует тому, что желают иметь люди. Это касается доказательств того, что гравитационные волны существуют. Уйдет на это пару лет, но, возможно, произойдет понимание и быстрее. И, тогда, говорить можно, что сделано открытие



 



Источник: planetologia.ru/

Разработан гибридный наногенератор, собирающий океанскую энергию

Поделиться



Океан представляет собой действительно огромный источник энергии, однако в действительности энергия, получаемая из океана, является наименее используемой на данный момент. Ведь несмотря на то, что энергоэффективности океана вполне хватит для того, чтобы удовлетворить все энергетические нужды целого мира, до сего момента не существовало сколь-нибудь эффективного способа “собирать” энергию из океанских волн. Главная проблема здесь заключается в том, что океанские волны являются нерегулярными по своему движению и двигаются с достаточно низкой частотой – это не позволяет собирать океаническую энергию, используя традиционные модели техники, умеющей перерабатывать энергию в электричество.





Однако в своем новом исследовании, чьи результаты были опубликованы в журнале ACS Nano, команда специалистов под руководством профессора Чжонга Лин Ванга из Технологического института Джорджии сумела разработать устройство, умеющее собирать океанские волны при самом широком поле частотности. В том числе устройство умеет собирать энергию из волн при достаточно низкой частоте их движения, что становится уверенным шагом вперед в развитии данных технологий.





 

Новое устройство представляет собой гибридную систему, функционирующую на основе двух отдельных генераторах. В системе установлен электромагнетический генератор, являющийся традиционным устройством в сборе и преобразовании энергии из природных ресурсов и трибоэлектрический наногенератор, который отлично себя показывает при низкочастотном движении волн в океане.

Как сообщает Ванг, руководитель проекта, трибоэлектрический наногенератор потому и является эффективным в этой системе, что обладает высоким выходным напряжением – это позволяет ему с успехом работать даже при самых низких частотах динамики океанских волн. Кроме того, как показали предварительные тесты, использование такого наногенератора является более чем энергоэффективным предприятием.  

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©

Источник: www.fainaidea.com/archives/105302

Учёные получили изображение света, который ведёт себя как волна и частица одновременно

Поделиться