הידרודינמיקה אלקטרומגנטית (EMHD)

מייקל פאראדיי היה צעיר ושמח. רק לאחרונה הוא עזב את כריכות הספרים והתעמק בניסויים פיזיים וכמה מוזרים הוא מצא אותם.

השנה החדשה 1821 הגיעה. המשפחה ציפתה לאורחים. אישה אוהבת אפתה עוגת תפוחים לרגל המאורע. ה"פינוק" העיקרי שפאראדיי הכין לעצמו - כוס כספית. נוזל הכסף זז בצורה מצחיקה כאשר מגנט הוזז לידו. למגנט נייח אין השפעה. האורחים היו מרוצים. נראה היה שכשהתקרב למגנט, משהו "סתם" הופיע בתוך הכספית. מה?

הרבה יותר מאוחר, ב-1838, תיאר פאראדיי תנועה דומה של שמן נוזלי, אך לא כספית, אלא מטוהר היטב, שבו טבול קצה חוט מעמוד וולטאי. המערבולות המתערבלות של זרמי הנפט נראו בבירור.

לבסוף, לאחר חמש שנים נוספות, החוקר ביצע את הניסוי המפורסם בגשר ווטרלו על ידי הטלת שני חוטים לתוך התמזה המחוברים למכשיר רגיש. הוא רצה לזהות את המתח הנובע מתנועת המים בשדה המגנטי של כדור הארץ.הניסוי לא צלח כי ההשפעה הצפויה הושתקה על ידי אחרים שהיו כימיים בלבד באופיים.

אבל מאוחר יותר מהניסויים הללו צמח אחד התחומים המעניינים ביותר בפיזיקה - הידרודינמיקה אלקטרומגנטית (EMHD) - מדע האינטראקציה של שדה אלקטרומגנטי עם תווך נוזלי-נוזל... הוא משלב אלקטרודינמיקה קלאסית (כמעט הכל נוצר על ידי חסידו המבריק של פאראדיי ג'יי מקסוול) וההידרודינמיקה של ל. אוילר וד. סטוקס.

התפתחות ה-EMHD הייתה איטית בתחילה, ובמשך מאה שנה לאחר פאראדיי לא היו התפתחויות חשובות במיוחד בתחום זה. רק באמצע המאה הזו הסתיימו בעיקר הלימודים העיוניים. ועד מהרה החל השימוש המעשי באפקט שגילה פאראדיי.

התברר שכאשר נוזל מוליך מאוד (מלחים מותכים, מתכות נוזליות) נע בשדה אלקטרומגנטי, מופיע בו זרם חשמלי (מגנטו הידרודינמיקה - MHD). נוזלים בעלי מוליכים גרועים (שמן, גז נוזלי) גם "מגיבים" להשפעה האלקטרומגנטית על ידי הופעת מטענים חשמליים (אלקטרוהידרודינמיקה - EHD).

ברור שניתן להשתמש באינטראקציה כזו גם כדי לשלוט בקצב הזרימה של תווך נוזלי על ידי שינוי פרמטרי השדה. אבל הנוזלים המוזכרים הם המטרה העיקרית של הטכנולוגיות החשובות ביותר: מתכות של מתכות ברזליות ולא ברזליות, יציקה, זיקוק נפט.

תוצאות מעשיות של שימוש ב-EMHD בתהליכים טכנולוגיים

EMHD קשור לבעיות הנדסיות כמו בלימת פלזמה, קירור של מתכות נוזליות בכורים גרעיניים ויציקה אלקטרומגנטית.

כספית ידועה כרעילה. אבל עד לאחרונה, במהלך ייצורו, הוא נמזג והועבר ביד.משאבות MHD משתמשות כעת בשדה מגנטי נע כדי לשאוב כספית דרך צינור אטום לחלוטין. ייצור בטוח וטוהר המתכת הגבוה ביותר מובטחים, עלויות העבודה והאנרגיה מופחתות.

התקנות עם שימוש ב-EMDG פותחו ונמצאים בשימוש, שהצליחו לחסל לחלוטין את העבודה הידנית בהובלת מתכת מותכת - משאבות ומתקנים מגנטודינמיים מספקים אוטומציה של יציקת אלומיניום וסגסוגות לא ברזליות. הטכנולוגיה החדשה אף שינתה את מראה היציקות, והפכה אותם לבהירים ונקיים.

מפעלי EMDG משמשים גם ליציקת ברזל ופלדה. תהליך זה ידוע כקשה במיוחד למיכון.

גרגירי מתכת נוזליים הוכנסו לייצור, המעניקים כדורים בעלי צורה אידיאלית וממדים שווים. "כדורים" אלה נמצאים בשימוש נרחב במטלורגיה לא-ברזלית.

משאבות EHD פותחו והשתמשו בהן לקירור שפופרות רנטגן עוצמתיות בהן זורם שמן הקירור באינטנסיביות בשדה חשמלי הנוצר ממתח גבוה בקתודה של הצינור. טכנולוגיית EHD פותחה לעיבוד שמן צמחי. סילוני EHD משמשים גם במכשירי אוטומציה ורובוטיקה.

חיישנים מגנטוהידרודינמיים משמשים למדידות מדויקות של מהירויות זוויתיות במערכות ניווט אינרציאליות, למשל בהנדסת חלל. הדיוק משתפר ככל שגודל החיישן גדל. החיישן יכול לשרוד תנאים קשים.

גנרטור MHD או דינמו ממירים חום או אנרגיה קינטית ישירות לחשמל. גנרטורים MHD שונים מגנרטורים חשמליים מסורתיים בכך שהם יכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות ללא חלקים נעים.גז הפליטה של ​​מחולל פלזמה MHD הוא להבה המסוגלת לחמם את הדוודים של תחנת כוח קיטור.

עקרון הפעולה של גנרטור מגנטוהידרודינמי כמעט זהה לעקרון הפעולה המקובל של גנרטור אלקטרומכני. בדיוק כמו עם EMF קונבנציונלי במחולל MHD, הוא נוצר בחוט שחוצה את קווי השדה המגנטי במהירות מסוימת. עם זאת, אם החוטים הנעים של גנרטורים קונבנציונליים עשויים ממתכת מוצקה במחולל MHD, הם מייצגים זרימה של נוזל או גז מוליך (פלזמה).

דגם של היחידה המגנטוהידרודינמית U-25, המוזיאון הפוליטכני הממלכתי (מוסקבה)

ב-1986 נבנתה בברית המועצות תחנת הכוח התעשייתית הראשונה עם גנרטור MHD, אך ב-1989 בוטל הפרויקט לפני השקת MHD, ותחנת הכוח הזו הצטרפה מאוחר יותר ל-Ryazan GRES כיחידת הכוח השביעית בתכנון קונבנציונלי.

ניתן להכפיל את רשימת היישומים המעשיים של הידרודינמיקה אלקטרומגנטית בתהליכים טכנולוגיים. כמובן, המכונות והמתקנים מהשורה הראשונה הללו נוצרו בגלל רמת הפיתוח הגבוהה של תורת ה-EMHD.

זרימת נוזלים דיאלקטריים - אלקטרוהידרודינמיקה - היא אחד הנושאים הפופולריים של כתבי עת מדעיים בינלאומיים שונים.