العوازل الكهربائية الاصطناعية

المواد العازلة الاصطناعية هي مواد مركبة مصنعة، تتكون غالبًا من مصفوفات من أشكال أو جسيمات موصلة ضمن مادة داعمة غير موصلة، مصممة لتتمتع بخصائص كهرومغناطيسية محددة مشابهة للمواد العازلة . طالما أن المسافة بين الشبكات البلورية أصغر من الطول الموجي ، فإن هذه المواد قادرة على انكسار وتشتيت الموجات الكهرومغناطيسية ، وتُستخدم في صناعة العدسات ، وشبكات الحيود ، والمرايا، والمستقطبات للموجات الميكروية . وقد تم تصورها وبناؤها ونشرها لأول مرة للتفاعل في نطاق ترددات الموجات الميكروية في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين. يتميز الوسط المُصنّع، وهو المادة العازلة الاصطناعية، بنفاذية كهربائية ونفاذية مغناطيسية فعالتين ، كما هو مُصمم. ^[¹^]^[²^]

بالإضافة إلى ذلك، قد تتكون بعض المواد العازلة الاصطناعية من شبكات غير منتظمة أو مخاليط عشوائية أو تركيز غير منتظم للجسيمات.

بدأ استخدام المواد العازلة الاصطناعية مع تقنيات الرادار الميكروية التي طُوّرت بين أربعينيات وسبعينيات القرن العشرين. وقد شاع استخدام مصطلح "المواد العازلة الاصطناعية" لأنها تُعدّ نظائر ماكروسكوبية للمواد العازلة الطبيعية . ويكمن الفرق بين المادة الطبيعية والاصطناعية في أن الذرات أو الجزيئات فيها مواد مُصنّعة (بشريًا). وقد طُرحت فكرة المواد العازلة الاصطناعية نظرًا للحاجة إلى هياكل ومكونات خفيفة الوزن لأجهزة توصيل الموجات الميكروية المختلفة. ^{[ 2 ]}

تُعدّ المواد العازلة الاصطناعية صلة تاريخية مباشرة بالمواد الفائقة .

عمل رائد

صاغ مصطلح "العازل الاصطناعي" وينستون إي. كوك عام 1948 عندما كان يعمل في مختبرات بيل. وصف هذا المصطلح مواد ذات أبعاد عملية تحاكي الاستجابة الكهرومغناطيسية للمواد الصلبة العازلة الطبيعية. وقد نشأت فكرة العوازل الاصطناعية من الحاجة إلى مواد خفيفة الوزن ومنخفضة الفقد لتطبيقات في الأجهزة الكبيرة والثقيلة. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

نظير عازل كهربائي

شبكة ثلاثية الأبعاد مملوءة بجزيئين A و B، موضحة هنا على شكل كرات سوداء وبيضاء.

تُعدّ المواد العازلة الطبيعية، أو المواد الطبيعية، نموذجًا للمواد العازلة الاصطناعية. عند تطبيق مجال كهرومغناطيسي على مادة عازلة طبيعية، تحدث استجابات موضعية وتشتت على المستوى الذري أو الجزيئي. يُوصف الاستجابة الكلية للمادة حينها بالسماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية . مع ذلك، لكي تكون هذه الاستجابة الكلية صحيحة، يجب وجود نوع من الترتيب المكاني بين الجسيمات المشتتة. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ علاقة معينة بالطول الموجي جزءًا من وصفها. ^{[ 3 ]} يوجد هيكل شبكي، بدرجة معينة من الترتيب المكاني. كما أن المجال المُطبق أطول في الطول الموجي من المسافة بين الشبكات. وهذا يسمح بوصف كلي يُعبّر عنه بالسماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية. ^{[ 3 ]}

لتصنيع سماحية ونفاذية اصطناعيتين، لا بد من إمكانية الوصول إلى الذرات نفسها. هذه الدقة غير عملية. مع ذلك، في أواخر أربعينيات القرن العشرين - في نطاق الأطوال الموجية الطويلة كترددات الراديو والميكروويف - أصبح من الممكن تصنيع مشتتات أكبر حجمًا وأكثر سهولة في الوصول إليها، تحاكي الاستجابة الموضعية للمواد الطبيعية، إلى جانب استجابة كلية مُصنّعة . في نطاقي ترددات الراديو والميكروويف، جُمعت هياكل شبكية بلورية اصطناعية. استجابت المشتتات للمجال الكهرومغناطيسي كما تفعل الذرات والجزيئات في المواد الطبيعية، وتصرفت الأوساط بشكل مشابه للمواد العازلة ذات الاستجابة الفعالة. ^{[ 3 ]}

صُممت عناصر التشتيت لتشتيت المجال الكهرومغناطيسي بطريقة محددة. ويساهم الشكل الهندسي لهذه العناصر - كالكرات والأقراص والشرائط الموصلة، إلخ - في تحديد معايير التصميم. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

متوسط الحجم ذو قضيب

يُعرف الوسط المُشَبَّك (وسط البلازما) أيضاً باسم الشبكة السلكية. وهو عبارة عن شبكة مربعة من أسلاك رفيعة متوازية. وقد أُجريت الأبحاث الأولية المتعلقة بهذا الوسط بواسطة ج. براون، وك. إي. غولدن، وو. روتمان. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

المواد الفائقة

تُعدّ المواد العازلة الاصطناعية صلة تاريخية مباشرة بالمواد الفائقة . ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}

للمزيد من القراءة

براون، جون، وويليس جاكسون. "خصائص المواد العازلة الاصطناعية عند أطوال موجية سنتيمترية." وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات - الجزء ب: هندسة الراديو والإلكترونيات 102.1 (1955): 11-16.
براون، جون (أكتوبر 1953). "المواد العازلة الاصطناعية ذات معامل انكسار أقل من واحد". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات - الجزء الرابع: دراسات المؤسسة . 100 (5): 51-62 . CiteSeerX 10.1.1.192.289 . doi : 10.1049/pi-4.1953.0009 . تاريخ الإصدار الحالي: 22 يناير 2010. انظر: المقالات ذات الصلة على IEEE Xplore .
جولدن، كيرت إي. دراسة العوازل الاصطناعية . رقم TDR-269 (4280-10)-4. شركة الفضاء الجوي (1964) السيغوندو، كاليفورنيا.
لالان، فيليب، ومايك هاتلي. " الخواص البصرية للأوساط الاصطناعية ذات البنية على مستوى دون الطول الموجي ". موسوعة الهندسة البصرية (2003): 62-71. (تحميل مجاني بصيغة PDF)
روتمان، والتر. "محاكاة البلازما بواسطة العوازل الاصطناعية والوسائط ذات الألواح المتوازية." الهوائيات والانتشار، معاملات IRE 10.1 (1962): 82-95.
سيلين، ر. أ. (1972). "الخواص البصرية للمواد العازلة الاصطناعية (مراجعة)". الفيزياء الإشعاعية والإلكترونيات الكمية . 15 (6): 615-624 . رمز Bibcode : 1972R & QE...15..615S . doi : 10.1007/BF01039343 . S2CID 120809150 .
عدسة لونيبورغ لتلسكوب SKA: ملخص لمشروع بحث وزارة الموارد الطبيعية والبحوث حول تصنيع عدسة كروية انكسارية منخفضة التكلفة للموجات الدقيقة لعلم الفلك الراديوي، يقترح استخدام مواد عازلة اصطناعية.
يبدو أن العدسة المصنوعة من أغلفة كروية منتظمة أمر ممكن.
كولين، ر. إي. ، نظرية المجال للموجات الموجهة ، الطبعة الثانية، وايلي-IEEE، 1991 (الفصل 12).

مراجع

1 2 ميلوني، بيتر دبليو .؛ معهد الفيزياء (30 نوفمبر 2004). الضوء السريع، والضوء البطيء، والضوء اليساري . مطبعة سي آر سي. الصفحات 221، 222. ISBN 978-0-7503-0926-4.نُشرت الطبعة الأولى عام ٢٠٠٤، وفقًا لصفحة دار نشر CRC Press على الإنترنت، والتي أُرشفَت في ٢٨ سبتمبر ٢٠١١ على موقع Wayback Machine . وتشير صفحة حقوق النشر الخاصة بهذا الكتاب، والمتاحة عبر كتب جوجل، إلى أنه وصل إلى طبعته العاشرة في عام ٢٠٠٥ تقريبًا.
1 2 3 4 وينشان، كاي؛ شالاييف، فلاديمير (نوفمبر 2009). المواد الفوقية البصرية: الأساسيات والتطبيقات . سبرينغر. الصفحات 11، 3، 8، 9، 59، 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.
1 2 3 4 5 إليفثيرياديس، جورج ف .؛ بالمين، كيث (يوليو 2005). المواد الفوقية ذات الانكسار السالب: المبادئ الأساسية والتطبيقات . جون وايلي وأولاده، الصفحات 5، 13، 14، 4-7 ، 46، 47، 53. ISBN 978-0-471-60146-3.حقوق النشر محفوظة لمعهد المهندسين الكهربائيين .
1 2 3 كابولينو، فيليبو (5 أكتوبر 2009). نظرية وظواهر المواد الفائقة . مطبعة سي آر سي. الصفحات من 1-1 إلى 1-8. ISBN 978-1-4200-5425-5.
↑
بحث أولي حول الوسط المدعوم بالقضبان.
- براون، ج.؛ " مواد عازلة اصطناعية ذات معامل انكسار أقل من واحد "؛ وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات - الجزء الرابع: دراسات المؤسسة، المجلد 100، العدد 5؛ سنة النشر: 1953، الصفحات 51-62
- جولدن، ك. (1965). "محاكاة البلازما باستخدام عازل اصطناعي في هندسة بوق". معاملات IEEE في مجال الهوائيات والانتشار . 13 (4): 587. Bibcode : 1965ITAP...13..587G . doi : 10.1109/TAP.1965.1138461 .
- روتمان، و. (1962). "محاكاة البلازما باستخدام مواد عازلة اصطناعية ووسائط ذات صفائح متوازية". معاملات معهد مهندسي الراديو في مجال الهوائيات والانتشار . 10 (1): 82. رمز Bibcode : 1962ITAP...10...82R . doi : 10.1109/TAP.1962.1137809 .

روابط خارجية

مادة عازلة اصطناعية ( مؤرشفة بتاريخ ٢٧ يونيو ٢٠١٣ على موقع Wayback Machine ، محاضرة فيديو). الكهرومغناطيسية وتطبيقاتها (الفيزياء). معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).

[Milonni-bk-1] 1 2 ميلوني، بيتر دبليو .؛ معهد الفيزياء (30 نوفمبر 2004). الضوء السريع، والضوء البطيء، والضوء اليساري . مطبعة سي آر سي. الصفحات 221، 222. ISBN 978-0-7503-0926-4.نُشرت الطبعة الأولى عام ٢٠٠٤، وفقًا لصفحة دار نشر CRC Press على الإنترنت، والتي أُرشفَت في ٢٨ سبتمبر ٢٠١١ على موقع Wayback Machine . وتشير صفحة حقوق النشر الخاصة بهذا الكتاب، والمتاحة عبر كتب جوجل، إلى أنه وصل إلى طبعته العاشرة في عام ٢٠٠٥ تقريبًا.

[Cai-book-2] 1 2 3 4 وينشان، كاي؛ شالاييف، فلاديمير (نوفمبر 2009). المواد الفوقية البصرية: الأساسيات والتطبيقات . سبرينغر. الصفحات 11، 3، 8، 9، 59، 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.

[Eleftheriades-3] 1 2 3 4 5 إليفثيرياديس، جورج ف .؛ بالمين، كيث (يوليو 2005). المواد الفوقية ذات الانكسار السالب: المبادئ الأساسية والتطبيقات . جون وايلي وأولاده، الصفحات 5، 13، 14، 4-7 ، 46، 47، 53. ISBN 978-0-471-60146-3.حقوق النشر محفوظة لمعهد المهندسين الكهربائيين .

[Capolino-4] 1 2 3 كابولينو، فيليبو (5 أكتوبر 2009). نظرية وظواهر المواد الفائقة . مطبعة سي آر سي. الصفحات من 1-1 إلى 1-8. ISBN 978-1-4200-5425-5.

[rodded-5] بحث أولي حول الوسط المدعوم بالقضبان.
براون، ج.؛ " مواد عازلة اصطناعية ذات معامل انكسار أقل من واحد "؛ وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات - الجزء الرابع: دراسات المؤسسة، المجلد 100، العدد 5؛ سنة النشر: 1953، الصفحات 51-62
جولدن، ك. (1965). "محاكاة البلازما باستخدام عازل اصطناعي في هندسة بوق". معاملات IEEE في مجال الهوائيات والانتشار . 13 (4): 587. Bibcode : 1965ITAP...13..587G . doi : 10.1109/TAP.1965.1138461 .
روتمان، و. (1962). "محاكاة البلازما باستخدام مواد عازلة اصطناعية ووسائط ذات صفائح متوازية". معاملات معهد مهندسي الراديو في مجال الهوائيات والانتشار . 10 (1): 82. رمز Bibcode : 1962ITAP...10...82R . doi : 10.1109/TAP.1962.1137809 .

[mw3w] براون، ج.؛ " مواد عازلة اصطناعية ذات معامل انكسار أقل من واحد "؛ وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات - الجزء الرابع: دراسات المؤسسة، المجلد 100، العدد 5؛ سنة النشر: 1953، الصفحات 51-62

[mw4Q] جولدن، ك. (1965). "محاكاة البلازما باستخدام عازل اصطناعي في هندسة بوق". معاملات IEEE في مجال الهوائيات والانتشار . 13 (4): 587. Bibcode : 1965ITAP...13..587G . doi : 10.1109/TAP.1965.1138461 .

[mw6g] روتمان، و. (1962). "محاكاة البلازما باستخدام مواد عازلة اصطناعية ووسائط ذات صفائح متوازية". معاملات معهد مهندسي الراديو في مجال الهوائيات والانتشار . 10 (1): 82. رمز Bibcode : 1962ITAP...10...82R . doi : 10.1109/TAP.1962.1137809 .

[

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗