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:
- Drut miedziany - około 0,3mm średnicy
- Magnes pierścieniowy - na przykład wymontowany ze starego głośnika
- Elektrolit - woda z niewielką ilością soli kuchennej
- Naczynie
Mając wszystko co jest nam potrzebne możemy przystąpić do pracy.
Po odizolowaniu przewodu musimy zrobić z niego pierścień wokół magnesu:
Następnie magnes wraz z pierścieniową elektrodą wkładamy do naczynia z elektrolitem, zaś pośrodku umieszczamy elektrodę centralną wykonaną z także nieizolowanego przewodu:
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:
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:
- Bansal J.L., Magnetofluiddynamics of Viscous Fluids, Jaipur Publishing House, Jaipur, India, 1994
- Barbu V., Exact controllability magneto-hydrodynamic equations, Communications on Pure and Applied Mathematics, 2003, 56, str. 732–783
- Haverkort J.W., Magnetohydrodynamics short introduction for fluid dynamicists, Magnetohydrodynamics, 2009
Marek Ples