1.1.Магнитогидродинамические эффекты при движении проводящей жидкости в магнитном поле

Со времен Фарадея известно, что при движении твердого или жидкого проводящего тела в магнитном поле в нем возникает ЭДС и появляются электрические токи, вектор плотности J которых направлен перпендикулярно векторам скорости v и магнитной индукции В (рис. 1.1). Взаимодействие токов в жидком проводящем теле о магнитным полем приводит к появлению в потоке пондеромоторных электромагнитных сил f_u. Эти силы, будучи распределены в объеме жидкости, оказывают влияние на характер течения жидкости, а также на устойчивость течения.

Рис. 1.1

Наоборот, при подведении к проводящей жидкости напряжения и наличии поперечного магнитного поля в жидкости текут кондукционные токи с плотностью J_к. Эти токи вызывают пондеромоторные силы J_к и жидкость приходит в движение. Одновременно на поток накладывается поле электромагнитных сил, которые в совокупности влияют на характер течения. Такой характер воздействия электромагнитных сил на течение проводящей жидкости можно отнести к МГД–эффектам первого рода.

Как и в электрических машинах, токи в проводящей жидкости создают поле реакции, которое изменяет общее поле. Неравномерность в распределении локальных параметров течения приводит к неравномерному распределению в потоке индуктируемых ЭДС и токов, хотя наведенные пондеромоторные силы (при слабой проводимости жидкости) могут и не оказывать влияния на структуру течения. Этот характер воздействия реакции токов принято называть МГД–эффектом второго рода.

Как и в электрических машинах, реакция токов должна быть всегда. Поэтому эффекты первого рода всегда вызывают эффекты второго рода. Степень проявления этих эффектов, конечно, зависит в первую очередь от интенсивности возбуждающего магнитного поля, проводимости жидкости и скорости ее движения.

Для более наглядного представления этих эффектов рассмотрим упрощенный эксперимент – падение проводящего листа в зазор магнита (рис. 1.2). Индуцированные токи деформируют поле (эффект П), а также создают силу, препятствующую падению (эффект I). Совершенно очевидно, что эти эффекты зависят как от проводимости листа, так и от скорости, с которой лист влетает в зазор. Медный лист будет тормозиться и падать медленно, как в густом масле или потоке. Сверхпроводящий лист был бы вытолкнут из зазора. Сверхпроводник как бы полностью деформировал поле и вытолкнул бы его. Точно такой же эффект наблюдался бы при любой проводимости листа, если бы он влетал в зазор с достаточной скоростью (т.е. был бы выстрелен в зазор).

Рис. 1.2

Физики говорят, что пондеромоторные силы могут быть диссипатавными или псевдовязкими, иногда псевдоупругими или консервативными.

Вследствие этого в магнитной гидродинамике используется понятие «вмораживания» поля в жидкость, т.е. поле переносится жидкостью.