Hidrodinàmica electromagnètica (EMHD)

Michael Faraday era jove i feliç. Fa poc va deixar enquadernadores i es va submergir en experiments físics i com d'estranys els va trobar.

S'acostava el nou any 1821. La família esperava convidats. Una dona amorosa va fer un pastís de poma per a l'ocasió. El "delícit" principal que Faraday es va preparar per ell mateix: una tassa de mercuri. El líquid de plata es va moure d'una manera divertida quan es va moure un imant a prop. Un imant estacionari no té cap efecte. Els convidats estaven satisfets. Semblava que quan s'acostava a l'imant, alguna cosa "només" va aparèixer dins del mercuri. Què?

Molt més tard, l'any 1838, Faraday va descriure un moviment semblant d'un líquid, però no mercuri, sinó oli ben purificat, en el qual es va submergir l'extrem d'un fil d'una columna voltaica. Els remolins dels corrents de petroli eren clarament visibles.

Finalment, després de cinc anys més, l'investigador va realitzar el famós experiment del pont de Waterloo deixant caure dos cables al Tàmesi connectats a un dispositiu sensible. Volia detectar la tensió resultant del moviment de l'aigua en el camp magnètic terrestre.L'experiment no va tenir èxit perquè l'efecte esperat va ser silenciat per altres que eren de naturalesa purament química.

Però més tard d'aquests experiments va sorgir un dels camps més interessants de la física: Hidrodinàmica electromagnètica (EMHD): ciència de la interacció d'un camp electromagnètic amb un medi líquid-líquid… Combina l'electrodinàmica clàssica (quasi tota creada pel brillant seguidor de Faraday, J. Maxwell) i la hidrodinàmica de L. Euler i D. Stokes.

El desenvolupament de l'EMHD va ser inicialment lent, i durant un segle després de Faraday no hi va haver cap desenvolupament especialment important en aquest camp. No va ser fins a mitjans d'aquest segle que es van acabar principalment els estudis teòrics. I aviat va començar l'ús pràctic de l'efecte descobert per Faraday.

Va resultar que quan un líquid altament conductor (sals foses, metalls líquids) es mou en un camp electromagnètic, hi apareix un corrent elèctric (magnetohidrodinàmica - MHD). Els líquids mal conductors (oli, gas liquat) també "reaccionen" a l'efecte electromagnètic per l'aparició de càrregues elèctriques (electrohidrodinàmica - EHD).

Òbviament, aquesta interacció també es pot utilitzar per controlar el cabal d'un medi líquid canviant els paràmetres de camp. Però els líquids esmentats són l'objecte principal de les tecnologies més importants: metal·lúrgia de metalls ferrosos i no fèrrics, fosa, refinació del petroli.

Resultats pràctics de l'ús de l'EMHD en processos tecnològics

L'EMHD està relacionat amb problemes d'enginyeria com la contenció de plasma, el refredament de metalls líquids en reactors nuclears i la fosa electromagnètica.

Se sap que el mercuri és tòxic. Però fins fa poc, durant la seva producció, s'abocava i es transferia a mà.Les bombes MHD ara utilitzen un camp magnètic viatger per bombar mercuri a través d'una canonada absolutament segellada. Es garanteix una producció segura i la màxima puresa del metall, es redueixen els costos laborals i energètics.

S'han desenvolupat i estan en ús instal·lacions amb l'ús d'EMDG, que han aconseguit eliminar completament el treball manual en el transport de metall fos: les bombes i instal·lacions magnetodinàmiques proporcionen l'automatització de l'abocament d'alumini i aliatges no fèrrics. La nova tecnologia fins i tot va canviar l'aspecte de les peces de fosa, fent-les brillants i netes.

Les plantes EMDG també s'utilitzen per colar ferro i acer. Se sap que aquest procés és especialment difícil de mecanitzar.

S'han introduït granuladors de metall líquid en la producció, donant esferes de forma ideal i dimensions iguals. Aquestes «boles» s'utilitzen àmpliament en la metal·lúrgia no ferrosa.

Les bombes EHD es van desenvolupar i utilitzar per refredar potents tubs de raigs X en els quals l'oli de refrigeració flueix intensament en un camp elèctric creat per un alt voltatge al càtode del tub. La tecnologia EHD s'ha desenvolupat per al processament d'oli vegetal i els dolls EHD també s'utilitzen en dispositius d'automatització i robòtica.

Els sensors magnetohidrodinàmics s'utilitzen per mesurar amb precisió les velocitats angulars en sistemes de navegació inercial, per exemple en enginyeria espacial. La precisió millora a mesura que augmenta la mida del sensor. El sensor pot sobreviure a condicions dures.

Un generador o dinamo MHD converteix la calor o l'energia cinètica directament en electricitat. Els generadors MHD es diferencien dels generadors elèctrics tradicionals perquè poden funcionar a altes temperatures sense peces mòbils.El gas d'escapament d'un generador de plasma MHD és una flama capaç d'escalfar les calderes d'una central elèctrica de vapor.

El principi de funcionament d'un generador magnetohidrodinàmic és gairebé idèntic al principi de funcionament convencional d'un generador electromecànic. Igual que amb un EMF convencional en un generador MHD, es genera en un cable que travessa les línies del camp magnètic a una certa velocitat. Tanmateix, si els cables mòbils dels generadors convencionals estan fets de metall sòlid en un generador MHD, representen un flux de líquid o gas conductor (plasma).

Model de la unitat magnetohidrodinàmica U-25, Museu Politècnic Estatal (Moscou)

L'any 1986 es va construir la primera central elèctrica industrial amb un generador MHD a l'URSS, però el 1989 el projecte es va cancel·lar abans del llançament de MHD, i més tard aquesta central elèctrica es va unir a Ryazan GRES com la setena unitat de potència de disseny convencional.

La llista d'aplicacions pràctiques de la hidrodinàmica electromagnètica en processos tecnològics es pot multiplicar. Per descomptat, aquestes màquines i instal·lacions de primera classe van sorgir a causa de l'alt nivell de desenvolupament de la teoria EMHD.

El flux de fluids dielèctrics —electrohidrodinàmica— és un dels temes populars de diverses revistes científiques internacionals.