Анізотропний метадіелектричний перетворювач

Abstract

UK: Мета роботи. Дослідження особливостей перетворення енергії електричного поля анізотропним метасередовищем при від’ємному значенні діелектричної проникності в одному з обраних головних кристалографічних напрямків. Методи дослідження. Проведено дослідження із застосуванням методів фізико-математичного моделювання анізотропного метадіелектричного перетворювача; з використанням методів оптимізації функції залежності коефіцієнта перетворення m, анізотропного метадіелектричного перетворювача, від кута α між однією з кристалографічний осей і ребром пласитини а, при фіксованих коефіцієнтах анізотропії метадіелектричного матеріалу. Отримані результати. Вперше досліджено особливості перетворення електричного поля анізотропним метасередовищем при від’ємному значенні діелектричної проникності в одному з обраних головних кристалографічних напрямків. Установлено, що у момент прикладання до верхньої та нижньої гранейaxb анізотропної метадіелектричної пластини, яка є основою анізотропного метадіелектричного перетворювача, деякої різниці потенціалів ΔU призводить до поляризації її об’єму та виникнення як поздовжньої E, ||так і поперечної E? складових вихрового електричного поля. Така ситуація веде до аксіального згортання її внутрішнього поля, яка у свою чергу зумовлює появу мікровихорів електричного поля, що подаються виразом rotE=ω, де ω – кругова частота обертання мікровихору, а знаки «+» та «–» – позначають напрямок його обертання. Такі аксіальні електричні мікровихори є ефективним механізмом, що перекачує енергію між фізичним вакуумом і в нашому випадку, анізотропною метадіелектричною пластиною переретворювача. Проведено аналіз залежності коефіцієнта перетворення m цього середовища від значення анізотропії K=ε11/ε22. Дослідження продемонстрували, що у інтервалі 0<K<1 величина m характеризується від’ємним значенням, а в інтервалі 1<K2<∞ – додатнім, це дозволило визначити області стабільного існування різних видів енергій. Використання метадіелектричного матеріала в порівнянні із класичним характеризується значеннями m>1. Зазначимо, що в окремих випадках спостерігається аномальне зростання згадуваного коефіцієнта. Наукова новизна. З використанням уявлень вихрової електродинаміки запропоновано механізм енергетичної взаємодії між вихровим електричним полем анізотропного метасередовища та фізичним вакуумом. Практична цінність. Запропоновано модель оригінальної конструкції анізотропного метадіелектричного перетворювача. Визначено області його практичного використання у вигляді генераторів електрики, тепла та холоду, отримано розрахункові вирази для їх коефіцієнта корисної дії, що знаходиться в інтервалі η=0,5/0,98, а температура охолодження може досягати температури рідкого гелію. EN: Purpose. Investigation of the peculiarities of the electric field energy conversion by an anisotropic meta-medium with a negative value of the dielectric constant in one of the selected main crystallographic directions. Methodology. Research was carried out using methods of physical and mathematical modeling of anisotropic metadielectric converter; using methods to optimize the function of the dependence of the conversion factor m, anisotropic metadielectric converter, on the angle ? between one of the crystallographic axes and the edge of the platinum a, at fixed anisotropy coefficients of metadielectric material. Findings. For the first time, the peculiarities of the electric field transformation by an anisotropic meta-medium with a negative value of the dielectric constant in one of the selected main crystallographic directions were studied. It is established that at the moment of application to the upper and lower faces axb of the anisotropic metadielectric plate, which is the basis of the anisotropic metadielectric converter, some potential difference ?Uleads to polarization of its volume and the emergence of both longitudinal E|| and transverse E?components of the vortex electric field. This situation leads to axial folding of its internal field, which in turn causes the appearance of micro-vortices of the electric field, given by the expression rotE=?, where ? - the circular time of rotation of the micro-vortex, and signs "+" and "-" - indicate the direction of its rotation. Such axial electric micro vortices are an efficient mechanism that pumps energy between the physical vacuum and, in our case, the anisotropic metadielectric plate of the transducer. The dependence of the transformation coefficient m of this medium on the value of anisotropy K=?/? is analyzed. Studies have shown that in the interval 0<K<1 the value of m is characterized by a negative value, and in the interval 1<K<? – positive, this allowed us to determine the areas of stable existence of different types of energy. The use of metadielectric material in comparison with the classical one is characterized by values of m>1. Note that in some cases there is an abnormal increase in the coefficient. Originality. Using the representations of vortex electrodynamics, the mechanism of energy interaction between the vortex electric field of an anisotropic metaenvironment and the physical vacuum is proposed. Practical value. A model of the original design of an anisotropic metadielectric converter is proposed. Areas of its practical use in the form of generators of electricity, heat and cold are determined, calculated expressions for their efficiency are in the range ? = 0.5 / 0.98, and the cooling temperature can reach the temperature of liquid helium.