Elektromagnetická hydrodynamika (EMHD)
Michael Faraday bol mladý a šťastný. Len nedávno opustil kníhviazačov a ponoril sa do fyzikálnych experimentov a do toho, aké zvláštne mu pripadali.
Prichádzal nový rok 1821. Rodina očakávala hostí. Milujúca manželka pri tejto príležitosti upiekla jablkový koláč. Hlavná "pochúťka", ktorú si Faraday pripravil pre seba - pohár ortuti. Strieborná tekutina sa pohybovala vtipným spôsobom, keď sa v jej blízkosti pohyboval magnet. Stacionárny magnet nemá žiadny účinok. Hostia boli spokojní. Zdalo sa, že keď sa priblížil k magnetu, vo vnútri ortuti sa niečo "len" objavilo. Čo?
Oveľa neskôr, v roku 1838, Faraday opísal podobný pohyb kvapaliny, nie však ortuti, ale dobre prečisteného oleja, do ktorého bol ponorený koniec drôtu z voltaického stĺpa. Zvierajúce víry ropných prúdov boli jasne viditeľné.
Nakoniec, po ďalších piatich rokoch, výskumník vykonal slávny experiment s mostom Waterloo, keď do Temže pustil dva drôty pripojené k citlivému zariadeniu. Chcel zistiť napätie vyplývajúce z pohybu vody v magnetickom poli Zeme.Experiment bol neúspešný, pretože očakávaný účinok bol stlmený inými, ktoré boli čisto chemického charakteru.
Ale neskôr z týchto experimentov vznikla jedna z najzaujímavejších oblastí fyziky – elektromagnetická hydrodynamika (EMHD) — veda o interakcii elektromagnetického poľa s kvapalinou-kvapalným prostredím… Spája klasickú elektrodynamiku (takmer celú vytvoril Faradayov skvelý nasledovník J. Maxwell) a hydrodynamiku L. Eulera a D. Stokesa.
Vývoj EMHD bol spočiatku pomalý a celé storočie po Faradayovi nedošlo v tejto oblasti k žiadnemu zvlášť dôležitému vývoju. Až v polovici tohto storočia sa hlavne ukončili teoretické štúdiá. A čoskoro sa začalo praktické využitie efektu objaveného Faradayom.
Ukázalo sa, že keď sa vysoko vodivá kvapalina (roztavené soli, tekuté kovy) pohybuje v elektromagnetickom poli, objavuje sa v nej elektrický prúd (magnetohydrodynamika — MHD). Zle vodivé kvapaliny (olej, skvapalnený plyn) tiež «reagujú» na elektromagnetický efekt vznikom elektrických nábojov (elektrohydrodynamika - EHD).
Je zrejmé, že takáto interakcia môže byť tiež použitá na riadenie prietoku kvapalného média zmenou parametrov poľa. Ale spomínané kvapaliny sú hlavným predmetom najdôležitejších technológií: metalurgia železných a neželezných kovov, zlievareň, rafinácia ropy.
Praktické výsledky využitia EMHD v technologických procesoch
EMHD súvisí s technickými problémami, ako je zadržiavanie plazmy, chladenie tekutých kovov v jadrových reaktoroch a elektromagnetické odlievanie.
Je známe, že ortuť je toxická. No donedávna sa pri jeho výrobe nalievalo a prenášalo ručne.Čerpadlá MHD teraz využívajú pohybujúce sa magnetické pole na čerpanie ortuti cez absolútne utesnené potrubie. Je zaručená bezpečná výroba a najvyššia čistota kovu, znižujú sa náklady na prácu a energiu.
Boli vyvinuté a používajú sa zariadenia s využitím EMDG, ktorým sa podarilo úplne eliminovať manuálnu prácu pri preprave roztaveného kovu – magnetodynamické čerpadlá a inštalácie zabezpečujú automatizáciu liatia hliníka a neželezných zliatin. Nová technológia dokonca zmenila vzhľad odliatkov, vďaka čomu sú svetlé a čisté.
Zariadenia EMDG sa používajú aj na liatinu a oceľ. Je známe, že tento proces je obzvlášť náročný na mechanizáciu.
Do výroby boli zavedené granulátory tekutých kovov, ktoré dávajú gule ideálneho tvaru a rovnakých rozmerov. Tieto „gule“ sú široko používané v metalurgii neželezných kovov.
Čerpadlá EHD boli vyvinuté a používané na chladenie výkonných röntgenových trubíc, v ktorých chladiaci olej intenzívne prúdi v elektrickom poli vytvorenom vysokým napätím na katóde trubice. Technológia EHD bola vyvinutá na spracovanie rastlinných olejov.EHD trysky sa používajú aj v automatizačných a robotických zariadeniach.
Magnetohydrodynamické senzory sa používajú na presné merania uhlových rýchlostí v inerciálnych navigačných systémoch, napríklad v kozmickom inžinierstve. Presnosť sa zlepšuje so zvyšujúcou sa veľkosťou snímača. Senzor dokáže prežiť drsné podmienky.
MHD generátor alebo dynamo premieňa teplo alebo kinetickú energiu priamo na elektrickú energiu. Generátory MHD sa líšia od tradičných elektrických generátorov tým, že môžu pracovať pri vysokých teplotách bez pohyblivých častí.Výfukovým plynom plazmového generátora MHD je plameň schopný ohrievať kotly parnej elektrárne.
Princíp činnosti magnetohydrodynamického generátora je takmer identický s konvenčným princípom činnosti elektromechanického generátora. Rovnako ako pri bežnom EMF v generátore MHD sa generuje vo vodiči, ktorý pri určitej rýchlosti prechádza cez siločiary magnetického poľa. Ak sú však pohyblivé drôty konvenčných generátorov vyrobené z pevného kovu v generátore MHD, predstavujú tok vodivej kvapaliny alebo plynu (plazmy).
Model magnetohydrodynamickej jednotky U-25, Štátne polytechnické múzeum (Moskva)
V roku 1986 bola v ZSSR postavená prvá priemyselná elektráreň s MHD generátorom, no v roku 1989 bol projekt pred spustením MHD zrušený a táto elektráreň sa neskôr pripojila k Ryazan GRES ako 7. energetický blok konvenčnej konštrukcie.
Zoznam praktických aplikácií elektromagnetickej hydrodynamiky v technologických procesoch možno znásobiť. Samozrejme, tieto prvotriedne stroje a zariadenia vznikli vďaka vysokému stupňu rozvoja teórie EMHD.
Prúdenie dielektrických tekutín — elektrohydrodynamika — je jednou z populárnych tém rôznych medzinárodných vedeckých časopisov.