Hidrodinamică electromagnetică (EMHD)

Michael Faraday era tânăr și fericit. Abia recent a lăsat legătorii de cărți și s-a cufundat în experimente fizice și cât de ciudate le-a găsit.

Noul an 1821 venea. Familia aștepta oaspeți. O soție iubitoare a copt o plăcintă cu mere pentru ocazie. Principalul „tratament” pe care Faraday și-a pregătit-o singur - o ceașcă de mercur. Lichidul argintiu s-a mișcat într-un mod amuzant când un magnet a fost mutat lângă el. Un magnet staționar nu are efect. Oaspeții au fost mulțumiți. Se părea că, pe măsură ce se apropia de magnet, ceva „doar” a apărut în interiorul mercurului. Ce?

Mult mai târziu, în 1838, Faraday a descris o mișcare similară a unui lichid, dar nu mercur, ci ulei bine purificat, în care era scufundat capătul unui fir dintr-o coloană voltaică. Vârtejurile învolburate ale fluxurilor de petrol erau clar vizibile.

În cele din urmă, după încă cinci ani, cercetătorul a efectuat faimosul experiment Waterloo Bridge prin scăparea a două fire în Tamisa conectate la un dispozitiv sensibil. El a vrut să detecteze tensiunea rezultată din mișcarea apei în câmpul magnetic al Pământului.Experimentul a eșuat, deoarece efectul așteptat a fost stins de alții care erau de natură pur chimică.

Dar mai târziu din aceste experimente a apărut unul dintre cele mai interesante domenii ale fizicii - hidrodinamică electromagnetică (EMHD) - știința interacțiunii unui câmp electromagnetic cu un mediu lichid-lichid… Combină electrodinamica clasică (aproape toate create de genialul adept al lui Faraday, J. Maxwell) și hidrodinamica lui L. Euler și D. Stokes.

Dezvoltarea EMHD a fost inițial lentă și timp de un secol după Faraday nu au existat evoluții deosebit de importante în acest domeniu. Abia la mijlocul acestui secol studiile teoretice au fost finalizate în principal. Și curând a început utilizarea practică a efectului descoperit de Faraday.

S-a dovedit că atunci când un lichid foarte conductiv (săruri topite, metale lichide) se mișcă într-un câmp electromagnetic, în el apare un curent electric (magnetohidrodinamică - MHD). Lichidele slab conductoare (ulei, gaz lichefiat) „reacționează” de asemenea la efectul electromagnetic prin apariția sarcinilor electrice (electrohidrodinamică - EHD).

Evident, o astfel de interacțiune poate fi folosită și pentru a controla debitul unui mediu lichid prin modificarea parametrilor câmpului. Insa lichidele mentionate sunt obiectul principal al celor mai importante tehnologii: metalurgia metalelor feroase si neferoase, turnatorie, rafinarea petrolului.

Rezultate practice ale utilizării EMHD în procesele tehnologice

EMHD este legat de probleme de inginerie, cum ar fi reținerea plasmei, răcirea metalelor lichide în reactoarele nucleare și turnarea electromagnetică.

Se știe că mercurul este toxic. Dar până de curând, în timpul producției, a fost turnat și transferat manual.Pompele MHD folosesc acum un câmp magnetic mobil pentru a pompa mercur printr-o conductă absolut etanșă. Producția sigură și cea mai mare puritate a metalului sunt garantate, costurile cu forța de muncă și cu energia sunt reduse.

Au fost dezvoltate și sunt în uz instalații cu utilizarea EMDG, care au reușit să elimine complet munca manuală în transportul metalului topit — pompele și instalațiile magnetodinamice asigură automatizarea turnării aliajelor de aluminiu și neferoase. Noua tehnologie a schimbat chiar și aspectul pieselor turnate, făcându-le strălucitoare și curate.

Instalațiile EMDG sunt, de asemenea, folosite pentru turnarea fontului și a oțelului. Se știe că acest proces este deosebit de dificil de mecanizat.

Au fost introduse în producție granulatoarele de metal lichid, oferind sfere de formă ideală și dimensiuni egale. Aceste „bile” sunt utilizate pe scară largă în metalurgia neferoasă.

Pompele EHD au fost dezvoltate și utilizate pentru răcirea tuburilor cu raze X puternice în care uleiul de răcire curge intens într-un câmp electric creat de o tensiune înaltă la catodul tubului. Tehnologia EHD a fost dezvoltată pentru prelucrarea uleiurilor vegetale.Jeturile EHD sunt utilizate și în dispozitivele de automatizare și robotică.

Senzorii magnetohidrodinamici sunt utilizați pentru măsurători precise ale vitezelor unghiulare în sistemele de navigație inerțială, de exemplu în ingineria spațială. Precizia se îmbunătățește pe măsură ce dimensiunea senzorului crește. Senzorul poate supraviețui în condiții dure.

Un generator sau dinam MHD transformă căldura sau energia cinetică direct în electricitate. Generatoarele MHD diferă de generatoarele electrice tradiționale prin faptul că pot funcționa la temperaturi ridicate fără piese în mișcare.Gazele de eșapament ale unui generator cu plasmă MHD sunt o flacără capabilă să încălzească cazanele unei centrale electrice cu abur.

Principiul de funcționare al unui generator magnetohidrodinamic este aproape identic cu principiul convențional de funcționare al unui generator electromecanic. La fel ca în cazul unui EMF convențional într-un generator MHD, acesta este generat într-un fir care traversează liniile câmpului magnetic la o anumită viteză. Cu toate acestea, dacă firele în mișcare ale generatoarelor convenționale sunt realizate din metal solid într-un generator MHD, ele reprezintă un flux de lichid sau gaz conductiv (plasmă).

Modelul unității magnetohidrodinamice U-25, Muzeul Politehnic de Stat (Moscova)

În 1986, prima centrală industrială cu un generator MHD a fost construită în URSS, dar în 1989 proiectul a fost anulat înainte de lansarea MHD, iar această centrală s-a alăturat ulterior Ryazan GRES ca a 7-a unitate de putere de design convențional.

Lista aplicațiilor practice ale hidrodinamicii electromagnetice în procesele tehnologice poate fi multiplicată. Desigur, aceste mașini și instalații de primă clasă au apărut din cauza nivelului ridicat de dezvoltare al teoriei EMHD.

Fluxul fluidelor dielectrice - electrohidrodinamica - este unul dintre subiectele populare ale diferitelor reviste științifice internaționale.