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

5.4. Вмороженные силовые линии

-217

3. Если проводимость всюду конечна и изотропна, то мы имеем промежуточный случай между 1 и 2. Магнитные силовые

Магнитная f силовая линия £

Индуцированное магнитное поле

z--b


-г Профиль скоростей

v--0

y---d

i b i

z--b

©

1 0b i

i u=0

Рис. 5.9. Если столб бесконечно проводящей жидкости начинает двигаться в направлении, перпендикулярном В, то в результате наложения магнитного поля Ь, создаваемого индуцированными электрическими токами, происходит деформация силовых линий магнитного поля.

а - проекция на плоскость гх; проекция на плоскость уг.

Магнитная f силовая - линия £

z--b Аг-.а

1 1.

- 7 Профиль скоростей

z = 6

v-оЩе-.

\у э

Рис. 5.10. Если движущийся столб отделен с обеих сторон от жидкости изолирующими слоями (или плоскостями), индуцированные токи не возникают и магнитные силовые линии остаются

прямыми.

линии увлекаются движущейся жидкостью, но с меньшей скоростью. Они скользят в среде (см. разд. 3.9).

4. Если проводимость всюду равна нулю, то нет никакой связи между движением среды и магнитным полем. Силовые линии остаются невозмущенными при любом движении среды.



5.4.2. Микроскопическая модель. Плазма низкой плотности

Рассмотрим плазму с микроскопической точки зрения. Каждая частица, как было показано в гл. 2, совершает дрейф. Если дрейф вызван градиентом магнитного поля или силами неэлектрического происхождения, то положительные и отрицательные частицы дрейфуют в противоположных направлениях. При таких условиях представление о движущихся силовых линиях теряет смысл. Ограничимся поэтому случаем, когда силы неэлектрического происхождения отсутствуют. При наличии электрического поля Е как положительные, так и отрицательные частицы дрейфуют перпендикулярно В со скоростью = = с(ЕхВ)/В2.

Перепишем это выражение в виде

Е± + (т]ХВ = 0. (1)

. с / Если

Е0, (2)

то из формулы (1) следует

Е + ()ХВ = 0. (3)

Теперь мы можем повторить рассуждения, приведенные в разд. 3.9, и получим, что магнитный поток, проходящий через контур, движущийся со скоростью Uj, сохраняется.

Если имеются электрические поля, параллельные В, то условия (1) и (3) несовместимы, рассуждения, проведенные в разд. 3.9, неправомерны и магнитные силовые линии необязательно должны быть вмороженными.

Как показано в разд. 5.1.3, в плазме с низкой проводимостью возможно существование Е, не равного нулю. Если Еи различно вдоль разных силовых линий, то возникает ситуация, аналогичная показанной на рис. 5.10. Следовательно, в плазме с низкой плотностью понятие вмороженных силовых линий представляется сомнительным.

Понятие вмороженных силовых линий может быть полезно в физике Солнца, где мы имеем дело с плазмой высокой и средней плотности (см. разд. 5.1.4), но может оказаться ошибочным в приложении к магнитосфере Земли. В применении к плазме межпланетного пространства этим понятием следует пользоваться с осторожностью.



5.5. Образование плазменных неоднородностей

Большинство теоретических исследований космической плазмы было посвящено изучению однородной плазмы. Однако наблюдения показывают, что в большинстве случаев космическая плазма сильно неоднородна. В ионосфере часто наблюдается мелкомасштабная структура, наиболее четко выраженная во время полярных сияний. Лучи полярного сияния часто очень тонки, и степень ионизации, а следовательно, и проводимость могут меняться на два или три порядка в пределах нескольких километров и менее. Как показало изучение распространения свистящих атмосфериков, магнитосфера, по-видимому, также имеет волокнистую структуру. Солнечная атмосфера также имеет лучистое строение. Лучистая структура короны часто бывает очень хорошо видна на фотографиях, полученных во время затмений, а радионаблюдения показывают, что лучи простираются по крайней мере на расстояния в 10-20 солнечных радиусов ( сверхкорона ). Ближе к поверхности Солнца наблюдаются протуберанцы, которые обычно имеют волокнистую структуру. Хромосферу иногда представляют в виде нитевидного сплетения небольших протуберанцев. Волокнистая структура часто бывает заметна в газовых туманностях. Итак, плазма средней плотности (а возможно, также и плазма низкой плотности), по-видимому, нередко сильно неоднородна и проявляет волокнистую структуру, элементы которой параллельны магнитному полю. Таким образом, представляется важным рассмотреть механизмы, которые могут создавать подобную структуру. Этому вопросу посвящен разд. 5.5.1.

5,5.1. Сжимающийся разряд

Разряд может заполнять все пространство между электродами или может быть ограничен узким каналом. К первому случаю относится тлеющий разряд низкого давления. Примерами второго случая могут служить дуги, искры, вспышка молний и самосжатые разряды , изучаемые в термоядерных исследованиях.

В лабораторных разрядах, особенно при низкой степени ионизации, сжатие часто связано с падающей характеристикой . Это означает, что электрическое поле, необходимое для поддержания разряда, является убывающей функцией плотности тока. Если задан полный ток разряда, то напряженность электрического поля уменьшается, когда ток концентрируется в узком канале по сравнению с напряженностью поля разряда, заполняющего все пространство. Нередко разряд развивается таким



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