Главная >  Природа электромагнитных процессов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

вмороженных силовых линий не всегда отражает действительность (см. разд. 5.4).

О

1111

1 1 I

1 1 1 1

1 1 1 1

JT г г

г 1

1 1 1 1

1 ) 1 t

1 1 1 1 1 1

1 г 1 1

1 1 1 1

Ь1 1 1 1

1 М 1

1 1 1 1

1 1 г 1

III!

.(..1.4 J..

ж-ж-

-I+t \

-1 т тт

и W м

1111

1 1 м

1111

Время, мксек а

ISO S00 ISO

I 1 > 1 г

1 1 1 г

1111

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 М 1

1 1 1 г 1

И 1 1

м г 1

11 1 1

> 1 1 1

1 1 1 1

1 М 1

f М 1

1 1 1 1

1 1 1 1

г м Н-

г ПТ

t ТтТ

1 ГГ 1

л 1л 1

>

6

время, мксек 6

Рис. 3.14. Осциллограммы, иллюстрирующие отражение Гидромагнитных волн. Верхний луч показывает индуцированное электрическое напряжение волны С/ (в вольтах), нижний - индуцированное (азимутальное) магнитное поле Ь. Первый импульс соответствует падающей волне, второй - отраженной. Задержка между импульсами равна времени прохождения волной расстояния до конца трубы и обратно. а - отражение от твердой проводящей поверхности; б - отражение от поверхности раздела между плазмой и нейтральным газом [41].

ЗЛО. Экспериментальные наблюдения гидромагнитных волн

В лабораторных экспериментах с электрически проводящими жидкостями трудно добиться выполнения условия (13) разд. 3.9 (см. табл. 3.2). Тем не менее были предприняты попытки полу-



3.11. Установившееся движение проводящих жидкостей 125

чить гидромагнитные волны в ртути [33, 34] и жидком натрии [35].

В плазме можно получить большое значение числа Лундквиста LBJc{a/c)\if)~, поскольку плотность р мала. Гидромагнитные волны в плазме изучались целым рядом авторов 36-42]. Некоторые результаты, полученные в лаборатории Беркли, представлены на рис. 3.13 и 3.14. Эти результаты относятся к волне крутильного типа в водородной плазме при температуре 10 000° К с плотностью ионов 5* 10 см~. На рис. 3.13 измеренная скорость волны показана как функция напряженности постоянного аксиального магнитного поля. Рис. 3.14 иллюстрирует отражение гидромагнитного импульса от проводящей пластины (а) и от границы раздела плазма - нейтральный газ (б). В первом случае фаза электрического поля волны меняется на 180°, а фаза магнитного поля остается неизменной; во втором случае, наоборот, фаза магнитного поля меняется на 180°, а фаза электрического поля не меняется, что находится в согласии с теорией (см. разд. 3.4.5).

ДРУГИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ

3.11. Установившееся движение проводящих жидкостей в магнитном поле

Движение проводящей жидкости в магнитном поле изучалось Ампером, который проводил опыты со ртутью. Однако гидромагнитные эффекты вследствие низкой проводимости были малы. Поэтому магнитная гидродинамика, которая, возможно, была бы открыта как следствие этих экспериментов, оставалась неизученной еще в течение столетия.

Установившееся течение ртути в трубках поперек магнитного поля было исследовано как теоретически, так и экспериментально Гартманном и Лазарусом [43]. Дальнейшие исследования аналогичных проблем проводились Шерклифом [44] и Мургатройдом [45].

Теоретические и экспериментальные исследования поведения проводящих жидкостей в магнитных полях были выполнены Ленертом [30, 46, 48]. В одном из его экспериментов убедительно показано, что присутствие магнитного поля вносит анизотропию в проводящую жидкость (см. разд. 3.11.1).

Присутствие магнитного поля оказывает сильное влияние на возникновение турбулентности и тепловой конвекции. Хотя некоторые из аспектов этих явлений оказываются важными для космической физики, они выходят за рамки настоящей монографии,



Гл. 3. Магнитная гидродинамика

и читатели, интересующиеся этими вопросами, могут обратиться к книге Чаидрасекара [49].


Рис. 3.15. Be/?jcy -сосуд с вращающимся медным диском для изучения движения ртути в присутствии внешнего магнитного поля. Внизу слева - поверхность ртути прн напряженности поля В = 4300 гс (вид сверху). Видны следы песчинок, обнаруживающие движение ртути. Справа - фотография проволочной сетки, показывающая деформацию поверхности ртути. Видны стационарные вихри, образующиеся по обе стороны от кольца движущейся ртути [50].

Огромный интерес для астрофизики представляет задача об установившемся вращении массы проводящей жидкости в магнитных полях. В разд. 3.11,2 мы выведем теорему изоротации, которую обычно называют по имени ученого, открывшего ее, теоремой Ферраро.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84