Elektromagnētiskā hidrodinamika (EMHD)
Maikls Faradejs bija jauns un laimīgs. Tikai nesen viņš pameta grāmatu sējējus un iegrima fizikālos eksperimentos un cik dīvaini viņam tie likās.
Tuvojas jaunais 1821. gads. Ģimene gaidīja ciemiņus. Mīloša sieva šim gadījumam izcepa ābolu pīrāgu. Galvenais "kārums", ko Faradejs sagatavoja sev - dzīvsudraba kauss. Sudraba šķidrums jocīgi pārvietojās, kad tā tuvumā tika pārvietots magnēts. Stacionāram magnētam nav nekādas ietekmes. Viesi bija apmierināti. Šķita, ka, tuvojoties magnētam, dzīvsudraba iekšpusē parādījās kaut kas "vienkārši". Kas?
Daudz vēlāk, 1838. gadā, Faradejs aprakstīja līdzīgu šķidruma, bet ne dzīvsudraba, bet labi attīrītas eļļas kustību, kurā tika iegremdēts vadu gals no voltaic kolonnas. Bija skaidri redzami virpuļojošie naftas straumju virpuļi.
Visbeidzot, vēl pēc pieciem gadiem pētnieks veica slaveno Vaterlo tilta eksperimentu, Temzā nometot divus vadus, kas savienoti ar jutīgu ierīci. Viņš vēlējās atklāt spriedzi, kas rodas ūdens kustībā Zemes magnētiskajā laukā.Eksperiments bija neveiksmīgs, jo gaidīto efektu klusināja citi, kas pēc būtības bija tīri ķīmiski.
Bet vēlāk no šiem eksperimentiem radās viena no interesantākajām fizikas jomām - elektromagnētiskā hidrodinamika (EMHD) - zinātne par elektromagnētiskā lauka mijiedarbību ar šķidrumu-šķidru vidi… Tas apvieno klasisko elektrodinamiku (gandrīz visu radījis izcilais Faradeja sekotājs Dž. Maksvels) un L. Eilera un D. Stoksa hidrodinamiku.
EMHD attīstība sākotnēji bija lēna, un gadsimtu pēc Faradeja šajā jomā nebija īpaši nozīmīgu notikumu. Teorētiskās studijas galvenokārt tika pabeigtas tikai šī gadsimta vidū. Un drīz vien sākās Faradeja atklātā efekta praktiska izmantošana.
Izrādījās, ka tad, kad elektromagnētiskajā laukā pārvietojas ļoti vadošs šķidrums (kausēti sāļi, šķidrie metāli), tajā parādās elektriskā strāva (magnetohidrodinamika — MHD). Slikti vadītspējīgi šķidrumi (eļļa, sašķidrinātā gāze) arī «reaģē» uz elektromagnētisko efektu, parādoties elektriskiem lādiņiem (elektrohidrodinamika - EHD).
Acīmredzot šādu mijiedarbību var izmantot arī šķidras vides plūsmas ātruma regulēšanai, mainot lauka parametrus. Bet minētie šķidrumi ir svarīgāko tehnoloģiju galvenais objekts: melno un krāsaino metālu metalurģija, lietuve, naftas pārstrāde.
EMHD izmantošanas praktiskie rezultāti tehnoloģiskajos procesos
EMHD ir saistīta ar tādām inženiertehniskām problēmām kā plazmas ierobežošana, šķidro metālu dzesēšana kodolreaktoros un elektromagnētiskā liešana.
Ir zināms, ka dzīvsudrabs ir toksisks. Bet vēl nesen tā ražošanas laikā tas tika izliets un pārvietots ar rokām.MHD sūkņi tagad izmanto ceļojošu magnētisko lauku, lai sūknētu dzīvsudrabu pa pilnīgi noslēgtu cauruļvadu. Tiek garantēta droša ražošana un augstākā metāla tīrība, samazinātas darbaspēka un enerģijas izmaksas.
Ir izstrādātas un tiek izmantotas iekārtas ar EMDG izmantošanu, kas spēj pilnībā novērst roku darbu kausēta metāla transportēšanā — magnetodinamiskie sūkņi un iekārtas nodrošina alumīnija un krāsaino sakausējumu liešanas automatizāciju. Jaunā tehnoloģija pat mainīja lējumu izskatu, padarot tos gaišus un tīrus.
EMDG rūpnīcas izmanto arī čuguna un tērauda ražošanā. Ir zināms, ka šo procesu ir īpaši grūti mehanizēt.
Ražošanā ir ieviesti šķidrie metāla granulatori, kas dod ideālas formas un vienādu izmēru sfēras. Šīs "bumbiņas" tiek plaši izmantotas krāsainajā metalurģijā.
EHD sūkņi tika izstrādāti un izmantoti, lai atdzesētu jaudīgas rentgenstaru lampas, kurās dzesēšanas eļļa intensīvi plūst elektriskā laukā, ko rada augsts spriegums pie caurules katoda. EHD tehnoloģija ir izstrādāta augu eļļas apstrādei, EHD strūklas tiek izmantotas arī automatizācijas un robotikas ierīcēs.
Magnetohidrodinamiskie sensori tiek izmantoti precīziem leņķisko ātrumu mērījumiem inerciālās navigācijas sistēmās, piemēram, kosmosa inženierijā. Precizitāte uzlabojas, palielinoties sensora izmēram. Sensors var izturēt skarbos apstākļus.
MHD ģenerators vai dinamo pārvērš siltumu vai kinētisko enerģiju tieši elektroenerģijā. MHD ģeneratori atšķiras no tradicionālajiem elektriskajiem ģeneratoriem ar to, ka tie var darboties augstā temperatūrā bez kustīgām daļām.Plazmas MHD ģeneratora izplūdes gāzes ir liesma, kas spēj uzsildīt tvaika spēkstacijas katlus.
Magnetohidrodinamiskā ģeneratora darbības princips ir gandrīz identisks parastajam elektromehāniskā ģeneratora darbības principam. Tāpat kā ar parasto EMF MHD ģeneratorā, tas tiek ģenerēts vadā, kas šķērso magnētiskā lauka līnijas ar noteiktu ātrumu. Tomēr, ja parasto ģeneratoru kustīgie vadi MHD ģeneratorā ir izgatavoti no cieta metāla, tie attēlo vadoša šķidruma vai gāzes (plazmas) plūsmu.
Magnetohidrodinamiskās vienības U-25 modelis, Valsts Politehniskais muzejs (Maskava)
1986. gadā PSRS tika uzbūvēta pirmā industriālā elektrostacija ar MHD ģeneratoru, bet 1989. gadā projekts tika atcelts pirms MHD palaišanas, un vēlāk šī elektrostacija pievienojās Rjazaņas GRES kā 7. konvencionālās konstrukcijas spēka agregāts.
Elektromagnētiskās hidrodinamikas praktisko pielietojumu sarakstu tehnoloģiskajos procesos var pavairot. Protams, šīs pirmās klases iekārtas un iekārtas radās EMHD teorijas augstā attīstības līmeņa dēļ.
Dielektrisko šķidrumu plūsma — elektrohidrodinamika — ir viena no populārām tēmām dažādos starptautiskos zinātniskajos žurnālos.