الديناميكا المائية الكهرومغناطيسية (EMHD)

كان مايكل فاراداي شابًا وسعيدًا. لم يترك مجلدات الكتب إلا مؤخرًا وانغمس في التجارب الفيزيائية وكيف وجدها غريبة.

كان العام الجديد 1821 قادمًا. كانت الأسرة تتوقع الضيوف. زوجة محبة خبزت فطيرة تفاح لهذه المناسبة. "العلاج" الرئيسي الذي أعده فاراداي لنفسه - كوب من الزئبق. تحرك السائل الفضي بطريقة مضحكة عندما تم تحريك مغناطيس بالقرب منه. المغناطيس الثابت ليس له تأثير. كان الضيوف راضين. بدا أنه عندما اقترب من المغناطيس ، ظهر شيء "فقط" داخل الزئبق. ماذا؟

بعد ذلك بوقت طويل ، في عام 1838 ، وصف فاراداي حركة مماثلة لسائل ، ولكن ليس الزئبق ، ولكن زيتًا مُنقى جيدًا ، حيث تم غمر نهاية سلك من عمود فولطائي. كانت دوامات مجاري النفط مرئية بوضوح.

أخيرًا ، وبعد خمس سنوات أخرى ، أجرى الباحث تجربة جسر واترلو الشهيرة بإسقاط سلكين في نهر التايمز متصلين بجهاز حساس. أراد اكتشاف التوتر الناتج عن حركة الماء في المجال المغناطيسي للأرض.لم تنجح التجربة لأن التأثير المتوقع كان خافتًا من قبل الآخرين الذين كانوا بطبيعتهم كيميائيًا بحتًا.

ولكن في وقت لاحق من هذه التجارب نشأ أحد أكثر مجالات الفيزياء إثارة للاهتمام - الديناميكا المائية الكهرومغناطيسية (EMHD) - علم تفاعل المجال الكهرومغناطيسي مع وسط سائل-سائل... فهو يجمع بين الديناميكا الكهربية الكلاسيكية (كلها تقريبًا ابتكرها أتباع فاراداي اللامع ج. ماكسويل) والديناميكا المائية ل.

كان تطوير EMHD بطيئًا في البداية ، ولم يكن هناك تطورات مهمة بشكل خاص في هذا المجال لمدة قرن بعد فاراداي. لم يتم الانتهاء من الدراسات النظرية بشكل أساسي حتى منتصف هذا القرن. وسرعان ما بدأ الاستخدام العملي للتأثير الذي اكتشفه فاراداي.

اتضح أنه عندما يتحرك سائل عالي التوصيل (أملاح منصهرة ، معادن سائلة) في مجال كهرومغناطيسي ، يظهر فيه تيار كهربائي (الديناميكا المائية المغناطيسية - MHD). السوائل ضعيفة التوصيل (الزيت ، الغاز المسال) أيضًا "تتفاعل" مع التأثير الكهرومغناطيسي من خلال ظهور الشحنات الكهربائية (الديناميكا الكهرومائية - EHD).

من الواضح ، يمكن أيضًا استخدام مثل هذا التفاعل للتحكم في معدل تدفق وسط سائل عن طريق تغيير معلمات المجال. لكن السوائل المذكورة هي الهدف الرئيسي لأهم التقنيات: تعدين المعادن الحديدية وغير الحديدية ، المسابك ، تكرير النفط.

النتائج العملية لاستخدام EMHD في العمليات التكنولوجية

يرتبط EMHD بالمشاكل الهندسية مثل احتواء البلازما ، وتبريد المعادن السائلة في المفاعلات النووية ، والصب الكهرومغناطيسي.

من المعروف أن الزئبق مادة سامة. لكن حتى وقت قريب ، أثناء إنتاجه ، كان يُسكب ويُنقل باليد.تستخدم مضخات MHD الآن حقلاً مغناطيسيًا متنقلًا لضخ الزئبق عبر خط أنابيب مغلق تمامًا. يضمن الإنتاج الآمن وأعلى درجة نقاء للمعادن ، كما يتم تقليل تكاليف العمالة والطاقة.

تم تطوير التركيبات باستخدام EMDG وهي قيد الاستخدام ، والتي تمكنت من القضاء تمامًا على العمالة اليدوية في نقل المعدن المنصهر - توفر المضخات والتركيبات المغناطيسية الديناميكية أتمتة صب الألمنيوم والسبائك غير الحديدية. حتى أن التكنولوجيا الجديدة غيرت مظهر المسبوكات ، مما جعلها مشرقة ونظيفة.

تستخدم مصانع EMDG أيضًا في صب الحديد والصلب. من المعروف أن هذه العملية صعبة بشكل خاص للمكننة.

تم إدخال آلات التحبيب المعدنية السائلة في الإنتاج ، مما يعطي كرات ذات شكل مثالي وأبعاد متساوية. تستخدم هذه "الكرات" على نطاق واسع في علم المعادن غير الحديدية.

تم تطوير مضخات EHD واستخدامها لتبريد أنابيب الأشعة السينية القوية التي يتدفق فيها زيت التبريد بشكل مكثف في مجال كهربائي ناتج عن جهد عالٍ في كاثود الأنبوب. تم تطوير تقنية EHD لمعالجة الزيوت النباتية ، كما تستخدم نفاثات EHD في أجهزة الأتمتة والروبوتات.

تستخدم المستشعرات المغناطيسية الديناميكية للقياسات الدقيقة للسرعات الزاوية في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي ، على سبيل المثال في هندسة الفضاء. تتحسن الدقة مع زيادة حجم المستشعر. يمكن أن يتحمل المستشعر الظروف القاسية.

يقوم مولد MHD أو الدينامو بتحويل الحرارة أو الطاقة الحركية مباشرة إلى كهرباء. تختلف مولدات MHD عن المولدات الكهربائية التقليدية من حيث أنها يمكن أن تعمل في درجات حرارة عالية دون تحريك الأجزاء.غاز العادم لمولد البلازما MHD هو لهب قادر على تسخين غلايات محطة توليد الطاقة البخارية.

إن مبدأ تشغيل المولد المغنطيسي الهيدروديناميكي مطابق تقريبًا للمبدأ التقليدي لتشغيل المولد الكهروميكانيكي. تمامًا كما هو الحال مع EMF التقليدي في مولد MHD ، يتم إنشاؤه في سلك يعبر خطوط المجال المغناطيسي بسرعة معينة. ومع ذلك ، إذا كانت الأسلاك المتحركة للمولدات التقليدية مصنوعة من معدن صلب في مولد MHD ، فإنها تمثل تدفق سائل موصل أو غاز (بلازما).

نموذج للوحدة المغناطيسية الهيدروديناميكية U-25 ، متحف الدولة للفنون التطبيقية (موسكو)

في عام 1986 ، تم بناء أول محطة طاقة صناعية مع مولد MHD في الاتحاد السوفياتي ، ولكن في عام 1989 تم إلغاء المشروع قبل إطلاق MHD ، وانضمت محطة الطاقة هذه لاحقًا إلى Ryazan GRES باعتبارها وحدة الطاقة السابعة للتصميم التقليدي.

يمكن مضاعفة قائمة التطبيقات العملية للديناميكا المائية الكهرومغناطيسية في العمليات التكنولوجية. بالطبع ، نشأت هذه الآلات والتركيبات من الدرجة الأولى بسبب المستوى العالي لتطور نظرية EMHD.

يعد تدفق السوائل العازلة للكهرباء - الديناميكا الكهرومائية - أحد الموضوعات الشائعة في مختلف المجلات العلمية الدولية.