Elektromagnetická hydrodynamika (EMHD)
Michael Faraday byl mladý a šťastný. Teprve nedávno opustil knihaře a ponořil se do fyzikálních experimentů a do toho, jak zvláštní je připadal.
Přicházel nový rok 1821. Rodina očekávala hosty. Milující manželka pro tuto příležitost upekla jablečný koláč. Hlavní "pamlsek", který si Faraday připravil pro sebe - pohár rtuti. Stříbrná tekutina se pohybovala vtipným způsobem, když se v její blízkosti pohyboval magnet. Stacionární magnet nemá žádný účinek. Hosté byli spokojeni. Zdálo se, že když se přiblížil k magnetu, něco se "jen" objevilo uvnitř rtuti. Co?
Mnohem později, v roce 1838, popsal Faraday podobný pohyb kapaliny, nikoli však rtuti, ale dobře vyčištěného oleje, do kterého byl ponořen konec drátu z voltaického sloupce. Vířící víry proudů ropy byly jasně viditelné.
Nakonec po dalších pěti letech výzkumník provedl slavný experiment s mostem Waterloo tím, že shodil dva dráty do Temže připojené k citlivému zařízení. Chtěl odhalit napětí vyplývající z pohybu vody v magnetickém poli Země.Experiment byl neúspěšný, protože očekávaný efekt byl ztlumen jinými, které byly čistě chemické povahy.
Ale později z těchto experimentů vzešel jeden z nejzajímavějších oborů fyziky – elektromagnetická hydrodynamika (EMHD) — věda o interakci elektromagnetického pole s kapalinou-kapalným prostředím… Kombinuje klasickou elektrodynamiku (téměř celou vytvořenou Faradayovým skvělým následovníkem J. Maxwellem) a hydrodynamiku L. Eulera a D. Stokese.
Vývoj EMHD byl zpočátku pomalý a po celé století po Faradayovi nedošlo v této oblasti k žádnému zvlášť důležitému vývoji. Teprve v polovině tohoto století byla teoretická studia převážně ukončena. A brzy začalo praktické využití efektu objeveného Faradayem.
Ukázalo se, že když se vysoce vodivá kapalina (tavené soli, tekuté kovy) pohybuje v elektromagnetickém poli, objevuje se v ní elektrický proud (magnetohydrodynamika — MHD). Špatně vodivé kapaliny (ropa, zkapalněný plyn) také «reagují» na elektromagnetický efekt vznikem elektrických nábojů (elektrohydrodynamika - EHD).
Je zřejmé, že taková interakce může být také použita pro řízení průtoku kapalného média změnou parametrů pole. Ale zmíněné kapaliny jsou hlavním předmětem nejdůležitějších technologií: metalurgie železných a neželezných kovů, slévárenství, rafinace ropy.
Praktické výsledky využití EMHD v technologických procesech
EMHD souvisí s technickými problémy, jako je zadržování plazmatu, chlazení tekutých kovů v jaderných reaktorech a elektromagnetické odlévání.
Je známo, že rtuť je toxická. Ale donedávna se při jeho výrobě naléval a přenášel ručně.Čerpadla MHD nyní využívají putující magnetické pole k čerpání rtuti absolutně utěsněným potrubím. Je zaručena bezpečná výroba a nejvyšší čistota kovu, snižují se náklady na práci a energii.
Byly vyvinuty a jsou používány instalace s využitím EMDG, které dokázaly zcela eliminovat ruční práci při přepravě roztaveného kovu — magnetodynamická čerpadla a instalace zajišťují automatizaci lití hliníku a neželezných slitin. Nová technologie dokonce změnila vzhled odlitků, díky nimž jsou světlé a čisté.
Zařízení EMDG se také používají k výrobě litiny a oceli. Je známo, že tento proces je obzvláště obtížný na mechanizaci.
Do výroby byly zavedeny granulátory tekutých kovů, které dávají koule ideálního tvaru a stejných rozměrů. Tyto „koule“ jsou široce používány v metalurgii neželezných kovů.
Čerpadla EHD byla vyvinuta a používána pro chlazení výkonných rentgenových trubic, ve kterých chladicí olej intenzivně proudí v elektrickém poli vytvářeném vysokým napětím na katodě elektronky. Technologie EHD byla vyvinuta pro zpracování rostlinných olejů.EHD trysky se používají také v automatizačních a robotických zařízeních.
Magnetohydrodynamické senzory se používají pro přesná měření úhlových rychlostí v inerciálních navigačních systémech, například v kosmickém inženýrství. Přesnost se zlepšuje s rostoucí velikostí snímače. Senzor může přežít drsné podmínky.
Generátor nebo dynamo MHD přeměňuje teplo nebo kinetickou energii přímo na elektřinu. Generátory MHD se liší od tradičních elektrických generátorů tím, že mohou pracovat při vysokých teplotách bez pohyblivých částí.Výfukovým plynem plazmového generátoru MHD je plamen schopný ohřát kotle parní elektrárny.
Princip činnosti magnetohydrodynamického generátoru je téměř shodný s konvenčním principem činnosti elektromechanického generátoru. Stejně jako u konvenčního EMF v generátoru MHD se generuje ve vodiči, který protíná siločáry magnetického pole určitou rychlostí. Pokud jsou však pohyblivé dráty konvenčních generátorů vyrobeny z pevného kovu v generátoru MHD, představují tok vodivé kapaliny nebo plynu (plazmy).
Model magnetohydrodynamické jednotky U-25, Státní polytechnické muzeum (Moskva)
V roce 1986 byla v SSSR postavena první průmyslová elektrárna s generátorem MHD, ale v roce 1989 byl projekt před spuštěním MHD zrušen a tato elektrárna se později připojila k Rjazaňskému GRES jako 7. energetická jednotka konvenční konstrukce.
Výčet praktických aplikací elektromagnetické hydrodynamiky v technologických procesech lze násobit. Tyto prvotřídní stroje a zařízení samozřejmě vznikly díky vysokému stupni rozvoje teorie EMHD.
Proudění dielektrických tekutin — elektrohydrodynamika — je jedním z populárních témat různých mezinárodních vědeckých časopisů.