Weird Science

Magnetohydrodynamika

Trudne słowo

Ist­nieją też inne nazwy tej dzie­dziny: hydro­ma­gne­tyka, magne­to­ga­zo­dy­na­mika czy magne­to­pla­zmo­dy­na­mika. Jed­nak wszyst­kie z nich są nieco przy­dłu­gie, dla­tego zwy­kle sto­suje się po pro­stu skrót MHD.

W każdym razie magne­to­hy­dro­dy­na­mika jest aka­de­micką dys­cy­pliną wie­dzy nale­żącą do obszaru zain­te­re­so­wać mecha­niki pły­nów. MHD zaj­muje się się zagad­nie­niami związa­nymi z ruchem pły­nów prze­wo­dzących prąd elek­tryczny w polu elek­tro­ma­gne­tycz­nym. Szcze­gól­nym jej zain­te­re­so­wa­niem jest oddzia­ły­wa­nie ośrodka i pola magne­tycz­nego.

Pamiętajmy, że pojęcie płynu w fizyce jest dużo szer­sze od pojęcia cie­czy. Płyn jest to każda sub­stan­cja, która może pły­nąć, to zna­czy dowol­nie zmie­niać swój ksz­tałt w zależn­o­ści od naczy­nia w jakim się znaj­duje. Cie­cze są pły­nami, ale są nimi także gazy. Pły­nami są też wie­lo­fa­zowe mie­sza­niny takie jak piany, emul­sje, zawie­siny i pasty.

Magne­to­hy­dro­dy­na­mika bada oddzia­ły­wa­nie cie­czy prze­wo­dzących prąd elek­tryczny i zjo­ni­zo­wa­nych gazów wraz z polem magne­tycz­nym. Obej­muje rów­nież zagad­nie­nia budowy sil­ni­ków pla­zmo­wych, gene­ra­to­rów magne­to­hy­dro­dy­na­micz­nych, aero­dy­na­miki wiel­kich pręd­ko­ści, a nawet zagad­nie­nia kon­tro­lo­wa­nych reak­cji syn­tezy ter­mo­jądro­wej i magne­ty­zmu ciał kosmicz­nych.

Co możemy zro­bić w tej spra­wie?

Możemy prze­pro­wa­dzić pro­ste doświad­cze­nie z dzie­dziny MHD. Potrzebne będą:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Mając wszystko co jest nam potrzebne możemy przy­stąpić do pracy.

Po odi­zo­lo­wa­niu prze­wodu musimy zro­bić z niego pier­ścień wokół magnesu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Następ­nie magnes wraz z pier­ście­niową elek­trodą wkła­damy do naczy­nia z elek­tro­li­tem, zaś pośrodku umiesz­czamy elek­trodę cen­tralną wyko­naną z także nie­i­zo­lo­wa­nego prze­wodu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Gotowe! Teraz możemy przy­ło­żyć do elek­trod napięcie kilku lub kil­ku­na­stu wol­tów. Obser­wa­cja wyka­zuje, że ciecz zaczyna wiro­wać wokół elek­trody cen­tral­nej. Kie­ru­nek wiro­wa­nia zależy od zwrotu induk­cji pola man­ge­tycz­nego oraz od kie­runku prze­pływu prądu. Poni­żej fil­mik przed­sta­wia­jący efekt(dla lep­szej wizu­a­li­za­cji do wody wpusz­czono kro­plę atra­mentu).

Innym warian­tem tego doświad­cze­nia jest budowa pro­stego sil­nika prze­pły­wo­wego dzia­ła­jącego dzięki efek­towi MHD. Jego prze­krój poprzeczny:

Ilustracja

Sil­nik ten ma formę tunelu, którego dwie ścianki są wyko­nane z bla­szek pełn­iących funk­cję elek­trod. Pomiędzy nimi po przy­ło­że­niu napięcia wytwa­rza się w elek­tro­li­cie pole elek­tryczne. Pro­sto­pa­dle do lini tego pola występują linie induk­cji pola man­ge­tycz­nego wytwa­rza­nego przez magnesy. Dzięki temu ciecz jest przy­spie­szana wzdłuż kanału sil­nika. Umożl­i­wia to budowę sil­ni­ków elek­trycz­nych pozba­wio­nych czę­ści rucho­mych do modeli pojaz­dów wod­nych. Poni­żej film pre­zen­tu­jący dzia­ła­nie mikro­sko­pij­nego modelu takiego sil­nika:

Jak widać ciecz jest gwałt­ow­nie przy­spie­szana w sil­niku i wyrzu­cana po prze­ciw­nej stro­nie.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa