Elektromagnetska hidrodinamika (EMHD)
Michael Faraday bio je mlad i sretan. Tek je nedavno napustio knjigovežnice i uronio u fizikalne pokuse i koliko su ih čudni smatrali.
Dolazila je nova 1821. godina. Obitelj je očekivala goste. Supruga puna ljubavi ispekla je za tu priliku pitu od jabuka. Glavna "poslastica" koju je Faraday pripremio za sebe - šalicu žive. Srebrna tekućina pomicala se na smiješan način kada bi se magnet pomaknuo blizu nje. Stacionarni magnet nema učinka. Gosti su bili zadovoljni. Činilo se da se, kako se približavao magnetu, nešto "samo" pojavilo unutar žive. Što?
Mnogo kasnije, 1838. godine, Faraday je opisao slično kretanje tekućine, ali ne živine, već dobro pročišćenog ulja, u koje je uronjen kraj žice iz voltovog stupa. Jasno su se vidjeli uskovitlani vrtlozi naftnih tokova.
Konačno, nakon još pet godina, istraživač je izveo poznati eksperiment na mostu Waterloo ispustivši dvije žice u Temzu povezane s osjetljivim uređajem. Želio je otkriti napetost koja je posljedica kretanja vode u Zemljinom magnetskom polju.Eksperiment je bio neuspješan jer je očekivani učinak bio prigušen drugim eksperimentima koji su bili čisto kemijske prirode.
Ali kasnije je iz ovih eksperimenata proizašlo jedno od najzanimljivijih područja fizike— elektromagnetska hidrodinamika (EMHD) — znanost o interakciji elektromagnetskog polja s medijem tekućina-tekućina… Kombinira klasičnu elektrodinamiku (gotovo sve stvorio Faradayev briljantni sljedbenik J. Maxwell) i hidrodinamiku L. Eulera i D. Stokesa.
Razvoj EMHD-a u početku je bio spor, a stoljeće nakon Faradaya nije bilo posebno važnih pomaka na ovom području. Tek su sredinom ovog stoljeća teorijske studije bile uglavnom završene. I ubrzo je počela praktična uporaba učinka koji je otkrio Faraday.
Pokazalo se da kada se visoko vodljiva tekućina (taljene soli, tekući metali) kreće u elektromagnetskom polju, u njoj se pojavljuje električna struja (magnetohidrodinamika — MHD). Slabo vodljive tekućine (nafta, ukapljeni plin) također «reagiraju» na elektromagnetski učinak pojavom električnih naboja (elektrohidrodinamika - EHD).
Očito, takva se interakcija također može koristiti za kontrolu protoka tekućeg medija promjenom parametara polja. No spomenute tekućine glavni su objekt najvažnijih tehnologija: metalurgije crnih i obojenih metala, ljevaonice, prerade nafte.
Praktični rezultati primjene EMHD u tehnološkim procesima
EMHD je povezan s inženjerskim problemima kao što su zadržavanje plazme, hlađenje tekućih metala u nuklearnim reaktorima i elektromagnetsko lijevanje.
Poznato je da je živa otrovna. No donedavno se tijekom proizvodnje točio i prenosio ručno.MHD pumpe sada koriste putujuće magnetsko polje za pumpanje žive kroz potpuno zabrtvljeni cjevovod. Zajamčena je sigurna proizvodnja i najveća čistoća metala, smanjeni troškovi rada i energije.
Razvijene su i koriste se instalacije s korištenjem EMDG-a, koje su uspjele u potpunosti eliminirati ručni rad u transportu rastaljenog metala - magnetodinamičke pumpe i instalacije omogućuju automatizaciju lijevanja aluminija i legura obojenih metala. Nova tehnologija je čak promijenila izgled odljevaka, čineći ih svijetlim i čistim.
EMDG postrojenja također se koriste za lijevanje željeza i čelika. Poznato je da je ovaj proces posebno teško mehanizirati.
U proizvodnju su uvedeni granulatori tekućeg metala koji daju kugle idealnog oblika i jednakih dimenzija. Ove "lopte" imaju široku primjenu u obojenoj metalurgiji.
EHD pumpe razvijene su i korištene za hlađenje snažnih rendgenskih cijevi u kojima rashladno ulje intenzivno struji u električnom polju koje stvara visoki napon na katodi cijevi. EHD tehnologija razvijena je za preradu biljnih ulja, a EHD mlaznice se također koriste u uređajima za automatizaciju i robotiku.
Magnetohidrodinamički senzori koriste se za točna mjerenja kutnih brzina u inercijskim navigacijskim sustavima, primjerice u svemirskom inženjerstvu. Točnost se poboljšava kako se veličina senzora povećava. Senzor može preživjeti teške uvjete.
MHD generator ili dinamo pretvara toplinu ili kinetičku energiju izravno u električnu energiju. MHD generatori razlikuju se od tradicionalnih električnih generatora po tome što mogu raditi na visokim temperaturama bez pokretnih dijelova.Ispušni plin plazma MHD generatora je plamen koji može zagrijati kotlove parne elektrane.
Princip rada magnetohidrodinamičkog generatora gotovo je identičan konvencionalnom principu rada elektromehaničkog generatora. Baš kao i kod konvencionalnog EMF-a u MHD generatoru, on se stvara u žici koja određenom brzinom prelazi preko linija magnetskog polja. Međutim, ako su pokretne žice konvencionalnih generatora izrađene od čvrstog metala u MHD generatoru, one predstavljaju protok vodljive tekućine ili plina (plazme).
Model magnetohidrodinamičke jedinice U-25, Državni politehnički muzej (Moskva)
Godine 1986. u SSSR-u je izgrađena prva industrijska elektrana s MHD generatorom, ali je 1989. projekt otkazan prije pokretanja MHD, a ova elektrana se kasnije pridružila Ryazan GRES-u kao 7. energetska jedinica konvencionalnog dizajna.
Popis praktičnih primjena elektromagnetske hidrodinamike u tehnološkim procesima može se umnožiti. Naravno, ovi prvoklasni strojevi i instalacije nastali su zbog visokog stupnja razvoja EMHD teorije.
Strujanje dielektričnih fluida — elektrohidrodinamika — jedna je od popularnih tema raznih međunarodnih znanstvenih časopisa.