МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА
МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА
МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА
(сокращенно МГД), раздел науки, занимающийся взаимодействием электропроводящих потоков с электрическим и магнитным полями. Когда в поперечном магнитном поле движется текучая среда, проводящая электричество, в ней наводятся токи. Эти токи вызывают ряд изменений: они создают собственные магнитные поля, чем изменяют первоначальное поле; поскольку на токи в магнитном поле действуют силы, изменяется движение среды; так как среда не является идеально проводящей, токи вызывают ее нагревание, а тем самым изменяют ее термодинамические и, возможно, химические и электрические свойства. С помощью электромагнитных полей можно управлять движением среды, и наоборот, за счет движения среды можно получать электромагнитную энергию, что дает возможность применять МГД для разработки насосов, ракетных двигателей, электрогенераторов, а также в области управляемого термоядерного синтеза. См. также ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ; МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА; ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ.
Поиск МГД-эффектов был начат Х.Альвеном и его сотрудниками (1950, Стокгольм) в экспериментах со ртутью и жидким натрием. Первыми МГД-экспериментами с плазмой (высокотемпературным ионизованным газом) в качестве среды были исследования "пинч-эффекта" (сжатия проводящей текущей среды под действием электрического тока) в ионизованном газе, проводившиеся в 1949 Казинсом и Уэром (Великобритания).
Поистине грандиозная арена, где разыгрываются МГД-процессы, - космос, начиная с Солнца и более крупных объектов. Здесь электрические токи существуют десятки миллиардов лет, причем многие из таких космических МГД- явлений доступны для исследования только методами наблюдательной астрономии и теоретического анализа. И все же в лабораторных МГД-исследованиях с плазмой в качестве среды удается смоделировать некоторые космические МГД-явления, например солнечные протуберанцы (выбросы раскаленной плазмы), форму галактик, взрывы магнитных звезд. Ведутся исследования и других МГД-явлений - солнечных пятен и вспышек, магнитных полей Солнца, галактик и различных звезд, в том числе сверхновых.
Существование магнитного поля Земли в настоящее время объясняют МГД-процессами в ее жидком ядре. Это ядро - а оно считается состоящим в значительной мере из расплавленных железа и никеля - представляет собой текучую среду, большие проводимость, скорости и размеры которой позволяют говорить о МГД-эффекте земного "динамо" (генерации электрических токов за счет движения проводящей жидкости). Тепловая конвекция и вращение плюс эффект "динамо" в ядре Земли вполне способны поддерживать распределение токов, необходимое для создания наблюдаемого магнитного поля Земли. См. также ЗЕМЛЯ.
Высокоскоростная плазма, выбрасываемая Солнцем в результате МГД-процессов, встречает на своем пути к Земле ее магнитное поле; их взаимодействие проявляется в виде полярного сияния и магнитных бурь. Захват электронов большой энергии в наружных слоях радиационных поясов Ван Аллена и протонов высокой энергии в их внутренних слоях тоже объясняется МГД-процессами.
В магнитной гидродинамике имеется аналог неустойчивости Рэлея - Тейлора, которая возникает, когда более тяжелая (т.е. более плотная) жидкость налита поверх более легкой. В МГД роль более тяжелой жидкости играет плазма, а более легкой - магнитное поле, удерживающее ее от падения в гравитационном поле.
Неустойчивость такого рода ответственна за образование "рукавов" галактик. МГД-неустойчивость Рэлея - Тейлора была убедительно продемонстрирована в лабораторных условиях при экспериментах со взрывами в магнитном поле и быстрым сжатием плазмы магнитными импульсами. Созданы плазменные МГД-ускорители для разгона плазмы до скоростей свыше 1000 м/с, КПД которых достигает 50%.
В МГД-электрогенераторах мощная струя высокотемпературных газов (частично ионизованных благодаря наличию в них присадок щелочных металлов - калия, натрия или цезия) пропускается через поперечное магнитное поле, а полезный электрический ток отбирается электродами, введенными в эту струю. Теоретический КПД таких электрогенераторов значительно выше, чем у существующих паротурбинных.
|
