Магнитогидродинамика

Магнитогидродинамика ( МГД ; также называемая магнитогидродинамикой или гидромагнетизмом) — это модель электропроводящих жидкостей , которая рассматривает все взаимопроникающие виды частиц вместе как единую непрерывную среду . В первую очередь он занимается низкочастотным крупномасштабным магнитным поведением в плазме и жидких металлах и находит применение во многих областях, включая геофизику , астрофизику и инженерию .

Слово магнитогидродинамика происходит от слов «магнито» — магнитное поле, «гидро» — вода и «динамика» — движение. Область МГД была инициирована Ханнесом Альфвеном , за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1970 году.

МГД-описание электропроводящих жидкостей было впервые разработано Ханнесом Альфвеном в статье 1942 года, опубликованной в журнале Nature под названием «Существование электромагнитно-гидродинамических волн», в которой изложено его открытие того, что сейчас называется альфвеновскими волнами . ^{[2] [3]} Альфвен первоначально называл эти волны «электромагнитно-гидродинамическими волнами»; однако в более поздней статье он отметил: «Поскольку термин «электромагнитно-гидродинамические волны» несколько сложен, возможно, было бы удобно назвать это явление «магнито-гидродинамическими» волнами». ^[4]

В МГД движение в жидкости описывается с помощью линейных комбинаций средних движений отдельных частиц : плотности тока и скорости центра масс . В данной жидкости каждый вид имеет числовую плотность , массу , электрический заряд и среднюю скорость . Тогда общая массовая плотность жидкости равна , а движение жидкости можно описать плотностью тока, выраженной как${\displaystyle \mathbf {J} }$${\displaystyle \mathbf {v} }$${\ displaystyle \ сигма }$ ${\displaystyle n_{\sigma }}$${\displaystyle m_{\sigma }}$${\displaystyle q_{\sigma }}$${\displaystyle \mathbf {u} _{\sigma }}$${\textstyle \rho =\sum _{\sigma }m_{\sigma }n_{\sigma }}$

МГД можно описать набором уравнений, состоящим из уравнения неразрывности , уравнения движения , уравнения состояния , закона Ампера , закона Фарадея и закона Ома . Как и в случае любого описания жидкости в кинетической системе, приближение замыкания должно применяться к наивысшему моменту уравнения распределения частиц. Это часто достигается путем аппроксимации теплового потока посредством условия адиабатичности или изотермии .

В адиабатическом пределе, то есть в предположении изотропного давления и изотропной температуры, жидкость с показателем адиабаты , удельным электрическим сопротивлением , магнитным полем и электрическим полем может быть описана уравнением неразрывности${\ displaystyle p}$ ${\displaystyle \гамма }$ ${\displaystyle \эта }$${\displaystyle \mathbf {B} }$${\displaystyle \mathbf {E} }$

Фазовая скорость, построенная относительно θ

v _А < v _s