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

потока, а затем медленно возрастает до максимума фт, который достигается после того, как кривая первичного тока проходит через нуль. На приведенном рисунке отношение фгп1Фр равно приблизительно четырем; но наблюдаются и большие значения. На большом расстоянии от пушки плато сглаживается, и поток монотонно стремится к своему максимальному значению. В последующие моменты времени плазма при расширении достигает стеклянных стен трубы, где она охлаждается, и поток рассеивается. Еще один механизм усиления потока был открыт Бикертоном [98]. Возможно, он имеет определенную связь с механизмом Линдберга.

3.14.5. Усиление поля за счет неустойчивости

Теперь мы можем описать механизм, посредством которого приведенные процессы дают вклад в образование общих магнитных полей небесных тел.

Рассмотрим вращающуюся жидкую сферу, которая может представлять собой недра Земли, Солнце, межзвездное облако и, возможно, Галактику. Предположим, что первоначально она содержала полоидальное магнитное поле. Тогда первым этапом процесса будет образование тороидального поля. Как указывалось выше, это легко осуществляется благодаря неоднородному вращению. Рис. 3.20, а может служить иллюстрацией этого этапа. Заметим только, что закручивание, вызванное неоднородным вращением, распространяется вдоль магнитных силовых линий с магнитогидродинамической скоростью V=B/ {4прц), так что, если неоднородность вращения слишком мала, силовые линии успеют выпрямиться. Чтобы создать значительное тороидальное поле, относительная скорость вращения различных частей сферы должна быть по крайней мере сравнимой с У.

Затем возникает обратная связь тороидального поля с полоидальным. Прежде чем она установится, ток принимает конфигурацию, которая схематически изображена на рис. 3.23, а. Первоначальное полоидальное магнитное поле соответствует тороидальной системе токов /, а тороидальное магнитное поле - полоидальной системе токов i. Системы токов i и / точно соответствуют системам токов в опытах Линдберга. Следовательно, можно ожидать, что при определенных условиях аксиальные токовые шнуры системы i будут неустойчивы, начнут деформироваться и закручиваться по винтовой линии и, так же как это наблюдалось в экспериментах, создадут полоидальный поток. Рис. 3.23, бив иллюстрирует описанную картину. Рис. 3.23, в показывает заключительную стадию процесса, когда винтовые петли превращаются в тороидальные токовые кольца. Их на-



3.14. Механизмы генерации космических магнитных полей

Правление таково, что первоначальный кольцевой ток возрастает.

Что касается условий возникновения неустойчивости, то, как показали в своих работах Лундквист [72] и Данжи и Лоухед [73],




Рис. 3.23. Усиление поля за счет неустойчивости типа изгиба. а - система токов. Кольцевые токи / создают полоидальное поле. Тороидальное поле в кольцах D и D связано с меридианальными

токами

б-на Оси токи / становятся неустойчивыми по отношению к изгибу и образуют спиральные петли, направление тока в которых таково,

что полоидальное поле нарастает. в - спиральные токи превращаются в аксиальный ток и в кольцевой ток /, который усиливает начальный ток /. Теперь конфигурация подобна а, но полоидальное поле усилено.

она может развиваться в том случае, если средние значения напряженностей тороидального и полоидального магнитных полей удовлетворяют условию

Stop > пол



где а-множитель порядка единицы, или

V > aV,

где V - относительная скорость движения различных частей жидкости, а V - по-прежнему магнитогидродинамическая скорость.

Проанализированная нами картина движения очень проста, но ее следует рассматривать лишь как частный случай движения, имеющего гораздо более общий характер.

ЛИТЕРАТУРА

1. Herloison N., Magneto-hydrodynamic Waves in a Compressible Fluid Conductor, Nature, 165, 1020 (1950).

2. D e Hoffman F., Teller E., Magneto-hydrodynamic Shocks, Phys. Rev., 80, 692 (1950).

3. Van d e H u 1 s t H. C, Problems of Cosmical Aerodynamics, Proc. Symposium on Motion of Gaseous Masses oi Cosmical Dimensions, Central Air Documents Office, Dayton, Ohio, 1951.

4. Zemansky M. W., Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill, New York, 1957.

5. Chew G. F., Goldberger M. L., Low F. E., The Bolzmann Equation and the One-fluid Hydromagnetic Equations in the Absence of Partic e Collisions, Proc. Roy. Soc, A236, 112 (1959). (См. перевод в сб.: Проблемы современной физики . Магнитная гидродинамика, ИЛ, вып. 7, 1957.) Чу г., Гольдберг М., Лоу Ф., Уравнение Больцмана и гидромагнитные уравнения для одной жидкости без столкновений.

6. Stratton J. А., Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York, 1941.

7. Joos G., Lehrbuch der theoretischen Physik, lOth Ausgabe, Leipzig, 1959. (Русский перевод: Иос Г., Курс теоретической физики, Учпедгиз, М., 1963.)

8. R у d b е с к С, On the Propagation of Waves in Inhomogeneous Media, Trans, Chalmers University of Technology (Goethenburg, Sweden), 74 (1948).

9. Astrom E., On Waves in an Ionized Gas, Ark. f. fys., 2, 443 (1951).

10. Astrom E., On the Electromagnetic Behaviour of a Plasma, Ark. f. fys., 19, 163 (1961).

11. Funfer E., Lehner Q., Plasmaphysik, Ergebnisse der exakten Naturwis-senschaften, Bd. 34, Springer-Verlag, Berlin, 1962, S. 1.

12. Walen C, On the Theory of Sunspots, Ark. f. mat. astr. o. fys., ЗОЛ, № 15 (1944).

13. Walen C, On the Theory of Sunspots, Ark. f. mat. astr. o. fys., 31B, № 3 (1944).

14. Wallen C. On the Distribution of the Solar General Magnetic Field, Ark. f. mat. astr. o. fys., 33A, № 18 (1946).

15. Lundquist S., Studies in Magneto-hydrodynamics, Ark. f. fys., 5, 297 (1952).

16. F e r r a r о V. С. A., On the Reflection and Refraction of Alfven Waves, Astrophys. J., 119, 293 (1954).

17. Ferraro V. C. A., Plump ton C, Magneto-fluid Mechanics, Clarendon Press, Oxford, 1961.

18. Lehnert В., Magneto-hydrodynamic Waves under the Action of the Corio-lis Force, Astrophys J 119, 647 (1954).



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