• А
  • Б
  • В
  • Г
  • Д
  • Е
  • Ж
  • З
  • И
  • Й
  • К
  • Л
  • М
  • Н
  • О
  • П
  • Р
  • С
  • Т
  • У
  • Ф
  • Х
  • Ц
  • Ч
  • Ш
  • Щ
  • Ф
  • Э
  • Ю
  • Я
  • Магнитка

    Магнитка, посёлок городского типа в Кусинском районе Челябинской области РСФСР. Расположен на Южном Урале, на реке Куса (бассейн Камы), в 17 км к северу от Златоуста. 12,5 тысяч жителей (1972). Добыча…



    Магнитная анизотропия

    Магнитная анизотропия, неодинаковость магнитных свойств тел по различным направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного…



    Магнитная антенна

    Магнитная антенна, рамочная антенна (обычно многовитковая) с сердечником из магнитного материала. В качестве магнитных материалов чаще всего используют магнитодиэлектрики или ферриты (ферритовая…



    Магнитная восприимчивость

    Магнитная восприимчивость, физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе. Объёмная М. в. равна отношению…



    Магнитная вязкость

    Магнитная вязкость, 1) в ферромагнетизме (называется также магнитным последействием) - отставание во времени изменения магнитных характеристик (намагниченности, проницаемости и т.д.) ферромагнетиков…



    Магнитная гидродинамика

    Магнитная гидродинамика (МГД), наука о движении электропроводящих жидкостей и газов в присутствии магнитного поля; раздел физики, развившийся "на стыке" гидродинамики и классической электродинамики. Характерными для М. г. объектами являются плазма (настолько, что М. г. иногда рассматривают как раздел физики плазмы), жидкие металлы и электролиты.

    Первые исследования по М. г. восходят ко временам М. Фарадея, но как самостоятельная отрасль знания М. г. стала развиваться в 20 веке в связи с потребностями астрофизики и геофизики. Было установлено, что многие космические объекты обладают магнитными полями. Так, в атмосферах звёзд наблюдаются поля напряжённостью ~ 10000 э (на Солнце до 5000 э), а в открытых в 1969 пульсарах, по современным представлениям, напряжённости полей достигают 1012 э. Динамическое поведение находящейся в подобных полях плазмы радикально изменяется, так как плотность энергии магнитного поля становится сравнимой с плотностью кинетической энергии частиц плазмы (или превышает её). Этот же критерий справедлив и для слабых космических магнитных полей напряжённостью 10-3—10-5 э (в межзвёздном пространстве, поле Земли в верхней атмосфере и за её пределами), если в областях, занимаемых ими, концентрация заряженных частиц низка. Таким образом, возникла необходимость в создании специальной теории движения космической плазмы в магнитных полях, получившей название космической электродинамики, а в случае, когда плазму можно рассматривать как сплошную среду — космической магнитогидродинамики (космической МГД).

    Основные положения М. г. были сформулированы в 1940-х годах Х. Альфвеном, который в 1970 за создание М. г. был удостоен Нобелевской премии по физике. Им было теоретически предсказано существование специфических волновых движений проводящей среды в магнитном поле, получивших название волн Альфвена. Начав формироваться как наука о поведении космической плазмы, М. г. вскоре распространила свои методы и на проводящие среды в земных условиях (главным образом создаваемые в научных исследованиях и в производственной деятельности). В начале 1950-х годов развитию М. г., как и физики плазмы в целом, дали мощный импульс национальные программы (СССР, США, Великобритания) исследований по проблеме управляемого термоядерного синтеза. Появились и быстро совершенствуются многочисленные технические применения М. г. (МГД-насосы, генераторы, сепараторы, ускорители, перспективные для космических полётов плазменные двигатели и пр.).

    В основе М. г. лежат две группы законов физики: уравнения гидродинамики и уравнения электромагнитного поля (Максвелла уравнения). Первые описывают течения проводящей среды (жидкости или газа); однако, в отличие от обычной гидродинамики, эти течения связаны с распределёнными по объёму среды электрическими токами. Присутствие магнитного поля приводит к появлению в уравнениях дополнительного члена, соответствующего действующей на эти токи распределённой по объёму электродинамической силе (см. Ампера закон, Лоренца сила). Сами же токи в среде и вызываемые ими искажения магнитного поля определяются второй группой уравнений. Таким образом, в М. г. уравнения гидродинамики и электродинамики оказываются существенно взаимосвязанными. Следует отметить, что в М. г. в уравнениях Максвелла почти всегда можно пренебречь токами смещения (нерелятивистская М. г.).

    В общем случае уравнения М. г. нелинейны и весьма сложны для решения, но в практических задачах часто можно ограничиться теми или иными предельными режимами, при оценке которых важным параметром служит безразмерная величина, называемая магнитным Рейнольдса числом:

    (1)

    (L — характерный для течения среды размер, V — характерная скорость течения, nm = c2/4ps — так называемая магнитная вязкость, описывающая диссипацию энергии магнитного поля, s — электрическая проводимость среды, с — скорость света в вакууме; здесь и ниже используется абсолютная система единиц Гаусса, см. СГС система единиц).

    При Rm << 1 (что обычно для лабораторных условий и технических применений) течение проводящей среды слабо искажает магнитное поле, которое поэтому можно считать заданным внешними источниками. Такое течение может быть использовано, например, для генерации электрического тока — энергия гидродинамического движения среды превращается в энергию тока во внешней цепи (см. Магнитогидродинамический генератор). Напротив, если ток в среде поддерживается внешней эдс, то наличие внешнего магнитного поля вызывает появление упомянутой выше объёмной электродинамической силы, которая создаёт в среде перепад давления и приводит её в движение. Этот эффект используется в МГД-насосах (например, для перекачивания расплавленного металла) и плазменных ускорителях. Объёмная электродинамическая сила даёт также возможность создавать регулируемую выталкивающую (архимедову) силу, которая действует на помещенные в проводящую жидкость тела. На этом важном эффекте основано действие МГД-сепараторов. Таковы основные технические применения М. г. Кроме того, в М. г. находят естественное обобщение известные задачи обычных гидродинамики и газовой динамики: обтекание тел, пограничный слой и другие; в ряде случаев (например, при полётах в ионосфере космических аппаратов, в каналах, по которым текут проводящие среды) оказывается возможным с помощью магнитного поля существенно влиять на свойства соответствующих течений.

    Однако наиболее интересные и разнообразные эффекты характерны для другого предельного класса сред, рассматриваемых в М. г., — для сред с Rm >> 1, то есть с высокой проводимостью и (или) большими размерами. Эти условия, как правило, выполняются в средах, изучаемых в гео- и астрофизических приложениях М. г., а также в горячей (например, термоядерной) плазме. Течения в таких средах чрезвычайно сильно влияют на магнитное поле в них. Одним из важнейших эффектов в этих условиях является вмороженность магнитного поля. В хорошо (строго говоря — идеально) проводящей среде индукция электромагнитная вызывает появление токов, препятствующих какому бы то ни было изменению магнитного потока через всякий материальный контур. В движущейся МГД-среде с Rm >> 1 это справедливо для любого контура, образуемого её частицами. В результате магнитный поток через любой движущийся и меняющий свои размеры элемент среды остаётся неизменным (с тем большей степенью точности, чем больше величина Rm), и в этом смысле говорят о "вмороженности" магнитного поля. Это во многих случаях позволяет, не прибегая к громоздким расчётам, с помощью простых представлений получить качественную картину течений среды и деформаций магнитного поля — следует только рассматривать магнитные силовые линии как упругие нити, на которые нанизаны частицы среды. Более строгое рассмотрение этого "упругого" действия магнитного поля на проводящую среду показывает, что оно сводится к изотропному (то есть одинаковому по всем направлениям) "магнитному" давлению рМ = B2 / 8p, которое добавляется к обычному газодинамическому давлению среды р, и магнитному натяжению Т = B2/ 4p, направленному вдоль силовых линий поля (магнитная проницаемость всех представляющих интерес для М. г. сред с большой точностью равна 1, и можно с равным правом пользоваться как магнитной индукцией В, так и напряжённостью Н).

    Наличие дополнительных "упругих" натяжений в МГД-средах приводит к специфическому колебательному (волновому) процессу — волнам Альфвена. Они обусловлены магнитным натяжением Т и распространяются вдоль силовых линий (подобно волнам, бегущим вдоль упругой нити) со скоростью

    , (2)

    где r — плотность среды. Волны Альфвена описываются точным решением нелинейных уравнений М. г. для несжимаемой среды. Ввиду сложности этих уравнений таких точных решений для больших Rm получено очень немного. Ещё одно из них описывает течение несжимаемой (r = const) жидкости с той же альфвеновской скоростью (2) вдоль произвольного магнитного поля. Известно точное решение и для так называемых МГД-разрывов, которые включают контактные, тангенциальные и вращательные разрывы, а также быструю и медленную ударные волны. В контактном разрыве магнитное поле пересекает границу раздела двух различных сред, препятствуя их относительному движению (в приграничном слое среды неподвижны одна относительно другой). В тангенциальном разрыве поле не пересекает границу раздела двух сред (его составляющая, нормальная к границе, равна нулю), и эти среды могут находиться в относительном движении. Частным случаем тангенциального разрыва является нейтральный токовый слой, разделяющий равные по величине и противоположно направленные магнитные поля. В М. г. доказывается, что при некоторых условиях магнитное поле стабилизирует тангенциальный разрыв скорости, который абсолютно неустойчив в обычной гидродинамике. Специфическим для М. г. (не имеющим аналога в гидродинамике непроводящих сред) является вращательный разрыв, в котором вектор магнитной индукции, не изменяясь по абсолютной величине, поворачивается вокруг нормали к поверхности разрыва. Магнитные натяжения в этом случае приводят среду в движение таким образом, что вращательный разрыв распространяется по направлению нормали к поверхности с альфвеновской скоростью (2), если под В в (2) понимать нормальную составляющую индукции. Быстрые и медленные ударные волны в М. г. отличаются от обычных ударных волн тем, что частицы среды после прохождения фронта волны получают касательный к фронту импульс за счёт магнитных натяжений (ведь магнитные силовые линии можно рассматривать как упругие нити, см. выше). В быстрой ударной волне магнитное поле за её фронтом усиливается, скачок магнитного давления на фронте действует в ту же сторону, что и скачок газодинамического давления, и поэтому скорость такой волны больше скорости звука в среде. В медленной ударной волне, напротив, поле после её прохождения ослабевает, перепады газодинамического и магнитного давления на фронте волны направлены противоположно; скорость медленной волны меньше скорости звука. Число теоретически мыслимых необратимых ударных волн в М. г. оказывается значительно больше, чем реально существующих. Отбор решений, соответствующих действительности, производится с помощью так называемого условия эволюционности, следующего из рассмотрения устойчивости ударных волн при их взаимодействии с колебаниями малой амплитуды.

    Известные точные решения, однако, далеко не исчерпывают содержания теоретических М. г. сред с Rm >> 1. Широкий класс задач удаётся исследовать приближённо. При таком исследовании возможны два основных подхода: приближение слабого поля, когда магнитные давление и натяжение малы по сравнению с остальными динамическими факторами (газодинамическим давлением и инерциальными силами), и приближение сильного поля, когда

    , (3)

    здесь u — скорость среды, р — её газодинамическое давление.

    В приближении слабого поля течение среды определяется обычными газодинамическими факторами (влиянием магнитных натяжений пренебрегают). При этом требуется рассчитать изменения поля в среде, движущейся по заданному закону. К этому классу задач относится очень важная проблема гидромагнитного динамо и проблема МГД-турбулентности. Первая состоит в отыскании ламинарных течений проводящих сред, которые могут создавать, усиливать и поддерживать магнитное поле. Задача о гидромагнитном динамо является основой теории земного магнетизма и магнетизма Солнца и звёзд. Существуют простые кинематические модели, показывающие, что гидромагнитное динамо в принципе может быть осуществлено при специальном выборе распределений скоростей среды. Однако строгого доказательства, что такие распределения реализуются в действительности, пока нет.

    Основным в проблеме МГД-турбулентности является выяснение поведения слабого исходного ("затравочного") магнитного поля в турбулентной проводящей среде (см. Турбулентность). Имеется доказательство роста среднего квадрата напряжённости случайно возникшего слабого начального поля, то есть возрастания магнитной энергии в начальной стадии процесса. Однако остаётся открытой проблема установившегося турбулентного состояния, связанная с происхождением магнитных полей в космическом пространстве, в частности в нашей и других галактиках.

    Приближение сильного поля, в котором определяющими являются магнитные натяжения, применяют при изучении разреженных атмосфер космических магнитных тел, например Солнца и Земли. Есть основания полагать, что именно это приближение окажется полезным для исследования процессов в удалённых астрофизических объектах — сверхновых звёздах, пульсарах, квазарах и прочих. В условиях, отвечающих (3), изменения магнитного поля вблизи его источников (появление активных областей и пятен на Солнце, смещение магнитопаузы в магнитном поле Земли под действием солнечного ветра и т.д.) переносятся с альфвеновской скоростью (2) вдоль поля, вызывая соответствующие перемещения плазмы. В результате действия магнитных сил возникают такие характерные образования, как выбросы и протуберанцы, шлемовидные структуры и стримеры на Солнце, магнитный хвост Земли (см. Солнце; Солнечная активность; Земля, раздел Магнитосфера).

    Особенно интересные явления имеют место в окрестностях тех точек сильного поля, в котором оно обращается в нуль. В таких областях образуются тонкие токовые слои, разделяющие магнитные поля противоположного направления (так называемые нейтральные слои). В этих слоях происходит процесс "аннигиляции" магнитной энергии, то есть её высвобождение и превращение в другие формы. В частности, в них возникают сильные электрические поля, ускоряющие заряженные частицы. Аннигиляция магнитного поля в нейтральных токовых слоях ответственна за появление хромосферных вспышек на Солнце и суббурь в земной магнитосфере (см. Магнитные бури). Вероятно, с ней связаны и многие другие резко нестационарные процессы во Вселенной, сопровождающиеся генерацией ускоренных заряженных частиц и жёстких излучений. С точки зрения М. г. нейтральные слои представляют собой разрывы непрерывности магнитного поля (подобно ударным волнам и тангенциальным разрывам). Однако, процессы в токовых слоях , и прежде всего неустойчивости, приводящие к появлению сильных ускоряющих электрических полей, выходят за рамки М. г. и относятся к тонким и ещё не вполне разработанным вопросам физики плазмы.

    Лит.: Апьфвен Г., Фельтхаммар К.-Г., Космическая электродинамика, перевод с английского, 2 изд., М., 1967; Сыроватский С. И., Магнитная гидродинамика, "Успехи физических наук", 1957, т. 62, в. 3; Куликовский А. Г., Любимов Г. А., Магнитная гидродинамика, М., 1962; Шерклиф Дж.. Курс магнитной гидродинамики, перевод с английского, М., 1967; Половин Р. В., Ударные волны в магнитной гидродинамике, "Успехи физических наук",1960, т. 72, в. 1; Брагинский С. И., Явления переноса в плазме, в сборнике: Вопросы теории плазмы, вып. 1, М., 1963; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, М., 1966; Данжи Дж., Космическая электродинамика, перевод с английского, М., 1961; Андерсон Э., Ударные волны в магнитной гидродинамике, перевод с английского, М., 1968; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959 (Теоретическая физика).

    С. И. Сыроватский.

     

    Магнитное поле

    Магнитное поле, силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной…

    Гидродинамика

    Гидродинамика (от гидро... и динамика), раздел гидромеханики, в котором изучаются движение несжимаемых жидкостей и взаимодействие их с твёрдыми телами. Методами Г. можно исследовать также движение…

    Электродинамика

    Электродинамика классическая, классическая (неквантовая) теория поведения электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрическими зарядами. Основные законы классической Э…

    Плазма

    Плазма (от греч. plasma - вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном…

    Жидкие металлы

    Жидкие металлы, непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и др. особенностями, свойственными твёрдым металлам.Ж. м. являются все…

    Электролиты

    Электролиты (от электро... и греч. lytos - разлагаемый, растворимый), жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие…

    Фарадей Майкл

    Фарадей (Faraday) Майкл (22.9.1791, Лондон, - 25.8.1867, там же), английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле, член Лондонского королевского общества (1824)…

    Астрофизика

    Астрофизика, раздел астрономии, изучающий физические явления, происходящие в небесных телах, их системах и в космическом пространстве, а также химические процессы в них. А. включает разработку методов…

    Геофизика

    Геофизика, комплекс наук, изучающих физические свойства Земли в целом и физические процессы, происходящие в её твёрдых сферах, а также в жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках. Различные…

    Пульсары

    Пульсары (англ. pulsars, сокращенно от Pulsating Sources of Radioemission - пульсирующие источники радиоизлучения), слабые источники космического излучения, всплески которого следуют друг за другом с…

    Космическая магнитогидродинамика

    Космическая магнитогидродинамика, раздел астрофизики, сформировавшийся в 40-х гг. 20 в., в котором методы магнитной гидродинамики применяются при исследованиях космических объектов: Солнца, звёзд…

    Альфвен Ханнес

    Альфвен (Alfven), Альвен Ханнес (р. 30.5.1908), шведский физик, член Королевской АН в Стокгольме. С 1940 профессор Высшей школы в Стокгольме по кафедре электроники. Основные труды посвящены…

    Управляемый термоядерный синтез

    Управляемый термоядерный синтез, процесс слияния лёгких атомных ядер, происходящий с выделением энергии при высоких температурах в регулируемых, управляемых условиях. Скорости протекания термоядерных…

    Плазменные двигатели

    Плазменные двигатели, ракетные двигатели, в которых рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в П. д., существенно выше скоростей, предельных…

    Максвелла уравнения

    Максвелла уравнения, фундаментальные уравнения классической макроскопической электродинамики, описывающие электромагнитные явления в произвольной среде. М. у. сформулированы Дж. К. Максвеллом в 60-х…

    Ампера закон

    Ампера закон, закон механического (пондеромоторного) взаимодействия двух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Сила F12 , действующая со…

    Лоренца сила

    Лоренца сила, сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле. Формула для Л. с. F была впервые получена Х. А. Лоренцом как результат обобщения опыта и имеет вид: F = eE +…

    Ток смещения

    Ток смещения. При построении теории электромагнитного поля Дж. К. Максвелл выдвинул гипотезу (впоследствии подтвержденную на опыте) о том, что магнитное поле создаётся не только движением зарядов (…

    Рейнольдса число

    Рейнольдса число, один из подобия критериев для течений вязких жидкостей и газов, характеризующий соотношение между инерционными силами и силами вязкости: Re =rvl/m, где r - плотность, m -…

    СГС система единиц

    СГС система единиц, система единиц физических величин, в которой приняты три основные единицы: длины - сантиметр, массы - грамм и времени - секунда. Система с основными единицами длины, массы и…

    Магнитогидродинамический генератор

    Магнитогидродинамический генератор, МГД-генератор, энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле…

    Плазменные ускорители

    Плазменные ускорители, устройства для получения потоков плазмы со скоростями 10-103км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от ~10 эв до 105-106эв. На нижнем пределе энергии П. у…

    Газовая динамика

    Газовая динамика, раздел гидро-аэромеханики, в котором изучается движение сжимаемых газообразных и жидких сред и их взаимодействие с твёрдыми телами. Как часть физики, Г. д. связана с термодинамикой и…

    Индукция электромагнитная

    Индукция электромагнитная, возникновение электродвижущей силы (эдс индукции) в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле или движущемся в постоянном магнитном поле. Электрический ток…

    Магнитный поток

    Магнитный поток, поток магнитной индукции, поток Ф вектора магнитной индукции В через какую-либо поверхность. М. п. dФ через малую площадку dS, в пределах которой вектор В можно считать неизменным…

    Силовые линии

    Силовые линии, линии, проведённые в каком-либо силовом поле (электрическом, магнитном, гравитационном), касательные к которым в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором…

    Магнитная проницаемость

    Магнитная проницаемость, физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе. Обозначается m, у изотропных веществ m= В/Н (в СГС системе единиц) или m…

    Магнитная индукция

    Магнитная индукция, вектор магнитной индукции В, основная характеристика магнитного поля (см. Индукция электрическая и магнитная). Единицей М. и. в Международной системе единиц служит тесла (тл), в…

    Ударная волна

    Ударная волна, скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. У. в…

    Ламинарное течение

    Ламинарное течение (от лат. lamina - пластинка), упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения (рис.). Л. т…

    Земной магнетизм

    Земной магнетизм, геомагнетизм, магнитное поле Земли и околоземного космического пространства; раздел геофизики, изучающий распределение в пространстве и изменения во времени геомагнитного поля, а…

    Турбулентность

    Турбулентность, явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течениях образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их…

    Галактики

    Галактики, гигантские звёздные системы, подобные нашей звёздной системе - Галактике, в состав которой входит Солнечная система. (Термин "галактики", в отличие от термина "Галактика", пишут со строчной…

    Сверхновые звёзды

    Сверхновые звёзды, звёзды, испытавшие катастрофический взрыв, за которым последовало огромное увеличение их блеска. В максимуме блеска светимость С. з. в миллиард раз превышает светимость таких звёзд…

    Пульсары

    Пульсары (англ. pulsars, сокращенно от Pulsating Sources of Radioemission - пульсирующие источники радиоизлучения), слабые источники космического излучения, всплески которого следуют друг за другом с…

    Квазары

    Квазары (англ. quasar, сокращенное от quasistellar radiosource), квазизвёздные объекты, квазизвёзды, сверхзвёзды, небесные объекты, имеющие сходство со звёздами по оптическому виду и с газовыми…

    Солнечный ветер

    Солнечный ветер, представляет собой постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. Образование С. в. связано с потоком энергии, поступающим в корону из более…

    Солнце

    Солнце, центральное тело Солнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; С. - ближайшая к Земле звезда. Масса С. 1,990 1030кг (в 332 958 раз больше массы Земли). В С. сосредоточено…

    Солнечная активность

    Солнечная активность, совокупность явлений, наблюдаемых на Солнце и связанных с образованием солнечных пятен, факелов, флоккулов, волокон, протуберанцев, возникновением солнечных вспышек, возмущений в…

    Земля (планета)

    Земля (от общеславянского зем - пол, низ), третья по порядку от Солнца планета Солнечной системы, астрономический знак A или, °. I. Введение З. занимает пятое место по размеру и массе среди больших…

    Магнитные бури

    Магнитные бури, сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. М. б. длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются…