Elektromagnetna hidrodinamika (EMHD)
Michael Faraday je bil mlad in srečen. Šele pred kratkim je zapustil knjigoveze in se poglobil v fizikalne poskuse in kako čudni so se mu zdeli.
Bližalo se je novo leto 1821. Družina je pričakovala goste. Ljubeča žena je za to priložnost spekla jabolčno pito. Glavna "poslastica", ki si jo je pripravil Faraday - skodelica živega srebra. Srebrna tekočina se je čudno premikala, ko so ji približali magnet. Stacionarni magnet nima učinka. Gostje so bili zadovoljni. Zdelo se je, da se je, ko se je približevalo magnetu, znotraj živega srebra "le" nekaj pojavilo. Kaj?
Veliko kasneje, leta 1838, je Faraday opisal podobno gibanje tekočine, vendar ne živega srebra, temveč dobro prečiščenega olja, v katerega je bil potopljen konec žice iz voltaičnega stebra. Jasno so bili vidni vrtinci naftnih tokov.
Nazadnje je po nadaljnjih petih letih raziskovalec izvedel znameniti eksperiment na mostu Waterloo, tako da je v Temzo spustil dve žici, povezani z občutljivo napravo. Želel je zaznati napetost, ki je posledica gibanja vode v Zemljinem magnetnem polju.Poskus je bil neuspešen, ker so pričakovani učinek utišali drugi, ki so bili čisto kemične narave.
Toda kasneje je iz teh poskusov nastalo eno najzanimivejših področij fizike – elektromagnetna hidrodinamika (EMHD) — znanost o interakciji elektromagnetnega polja z medijem tekočina-tekoče… Združuje klasično elektrodinamiko (skoraj vse je ustvaril Faradayev briljantni sledilec J. Maxwell) in hidrodinamiko L. Eulerja in D. Stokesa.
Razvoj EMHD je bil sprva počasen in stoletje po Faradayu na tem področju ni bilo posebej pomembnih premikov. Šele sredi tega stoletja so bile teoretične študije v glavnem zaključene. In kmalu se je začela praktična uporaba učinka, ki ga je odkril Faraday.
Izkazalo se je, da ko se visoko prevodna tekočina (staljene soli, tekoče kovine) premika v elektromagnetnem polju, se v njej pojavi električni tok (magnetohidrodinamika - MHD). Tudi slabo prevodne tekočine (nafta, utekočinjen plin) se na elektromagnetni učinek »odzovejo« s pojavom električnih nabojev (elektrohidrodinamika - EHD).
Očitno je takšno interakcijo mogoče uporabiti tudi za nadzor pretoka tekočega medija s spreminjanjem parametrov polja. Toda omenjene tekočine so glavni predmet najpomembnejših tehnologij: metalurgije železnih in neželeznih kovin, livarstva, rafiniranja nafte.
Praktični rezultati uporabe EMHD v tehnoloških procesih
EMHD je povezan z inženirskimi problemi, kot so zadrževanje plazme, hlajenje tekočih kovin v jedrskih reaktorjih in elektromagnetno litje.
Znano je, da je živo srebro strupeno. Toda do nedavnega so ga med proizvodnjo vlivali in prenašali ročno.Črpalke MHD zdaj uporabljajo potujoče magnetno polje za črpanje živega srebra skozi popolnoma zaprt cevovod. Zagotovljena je varna proizvodnja in najvišja čistost kovin, zmanjšani stroški dela in energije.
Razvite in v uporabi so bile naprave z uporabo EMDG, ki so uspele popolnoma odpraviti ročno delo pri transportu staljene kovine - magnetodinamične črpalke in naprave zagotavljajo avtomatizacijo vlivanja aluminija in neželeznih zlitin. Nova tehnologija je celo spremenila videz odlitkov, tako da so postali svetli in čisti.
Obrati EMDG se uporabljajo tudi za lito železo in jeklo. Znano je, da je ta postopek še posebej težko mehanizirati.
V proizvodnjo so bili uvedeni granulatorji tekočih kovin, ki dajejo krogle idealne oblike in enakih dimenzij. Te "kroglice" se pogosto uporabljajo v barvni metalurgiji.
Črpalke EHD so bile razvite in uporabljene za hlajenje močnih rentgenskih cevi, v katerih hladilno olje intenzivno teče v električnem polju, ki ga ustvarja visoka napetost na katodi cevi. Tehnologija EHD je bila razvita za predelavo rastlinskega olja, EHD curki pa se uporabljajo tudi v napravah za avtomatizacijo in robotiko.
Magnetohidrodinamični senzorji se uporabljajo za natančne meritve kotnih hitrosti v inercialnih navigacijskih sistemih, na primer v vesoljski tehniki. Natančnost se izboljša, ko se poveča velikost senzorja. Senzor lahko preživi težke pogoje.
MHD generator ali dinamo pretvarja toploto ali kinetično energijo neposredno v elektriko. MHD generatorji se od tradicionalnih električnih generatorjev razlikujejo po tem, da lahko delujejo pri visokih temperaturah brez gibljivih delov.Izpušni plin plazemskega MHD generatorja je plamen, ki lahko ogreje kotle parne elektrarne.
Princip delovanja magnetohidrodinamičnega generatorja je skoraj identičen običajnemu principu delovanja elektromehanskega generatorja. Tako kot pri običajnem EMF v MHD generatorju, se generira v žici, ki prečka magnetne silnice z določeno hitrostjo. Če pa so gibljive žice običajnih generatorjev izdelane iz trdne kovine v MHD generatorju, predstavljajo tok prevodne tekočine ali plina (plazme).
Model magnetohidrodinamične enote U-25, Državni politehnični muzej (Moskva)
Leta 1986 je bila v ZSSR zgrajena prva industrijska elektrarna z MHD generatorjem, leta 1989 pa je bil projekt preklican pred zagonom MHD in ta elektrarna se je kasneje pridružila Rjazanski GRES kot 7. energetska enota konvencionalne zasnove.
Seznam praktičnih uporab elektromagnetne hidrodinamike v tehnoloških procesih je mogoče pomnožiti. Seveda so ti prvovrstni stroji in naprave nastali zaradi visoke stopnje razvoja teorije EMHD.
Tok dielektričnih tekočin — elektrohidrodinamika — je ena od priljubljenih tem različnih mednarodnih znanstvenih revij.