Hidrodinâmica Eletromagnética (EMHD)

Michael Faraday era jovem e feliz. Só recentemente ele deixou os encadernadores e mergulhou em experimentos físicos e em como os achava estranhos.

O novo ano de 1821 estava chegando. A família esperava convidados. Uma esposa amorosa assou uma torta de maçã para a ocasião. O principal "tratamento" que Faraday preparou para si mesmo - uma xícara de mercúrio. O líquido prateado se movia de maneira estranha quando um ímã era movido para perto dele. Um ímã estacionário não tem efeito. Os convidados ficaram satisfeitos. Parecia que, ao se aproximar do ímã, algo "simplesmente" apareceu dentro do mercúrio. O que?

Muito mais tarde, em 1838, Faraday descreveu um movimento semelhante de um líquido, mas não de mercúrio, mas de óleo bem purificado, no qual foi imersa a ponta de um fio de uma coluna voltaica. Os redemoinhos das correntes de óleo eram claramente visíveis.

Finalmente, depois de mais cinco anos, o pesquisador realizou o famoso experimento Waterloo Bridge, jogando dois fios no Tâmisa conectados a um dispositivo sensível. Ele queria detectar a tensão resultante do movimento da água no campo magnético da Terra.O experimento não teve sucesso porque o efeito esperado foi abafado por outros de natureza puramente química.

Mais tarde, porém, desses experimentos surgiu um dos campos mais interessantes da física - hidrodinâmica eletromagnética (EMHD) — ciência da interação de um campo eletromagnético com um meio líquido-líquido… Combina a eletrodinâmica clássica (quase toda criada pelo brilhante seguidor de Faraday, J. Maxwell) e a hidrodinâmica de L. Euler e D. Stokes.

O desenvolvimento do EMHD foi inicialmente lento, e por um século depois de Faraday não houve desenvolvimentos particularmente importantes neste campo. Não foi até meados deste século que os estudos teóricos foram principalmente concluídos. E logo começou o uso prático do efeito descoberto por Faraday.

Descobriu-se que quando um líquido altamente condutor (sais fundidos, metais líquidos) se move em um campo eletromagnético, uma corrente elétrica aparece nele (magnetohidrodinâmica - MHD). Líquidos pouco condutores (óleo, gás liquefeito) também «reagem» ao efeito eletromagnético pelo aparecimento de cargas elétricas (eletrohidrodinâmica - EHD).

Obviamente, tal interação também pode ser usada para controlar a vazão de um meio líquido alterando os parâmetros do campo. Mas os líquidos mencionados são o objeto principal das tecnologias mais importantes: metalurgia de metais ferrosos e não ferrosos, fundição, refino de petróleo.

Resultados práticos do uso do EMHD em processos tecnológicos

O EMHD está relacionado a problemas de engenharia, como contenção de plasma, resfriamento de metais líquidos em reatores nucleares e fundição eletromagnética.

O mercúrio é conhecido por ser tóxico. Mas até recentemente, durante sua produção, era derramado e transferido manualmente.As bombas MHD agora usam um campo magnético móvel para bombear mercúrio através de uma tubulação absolutamente vedada. A produção segura e a mais alta pureza do metal são garantidas, os custos de mão de obra e energia são reduzidos.

Instalações com o uso de EMDG foram desenvolvidas e estão em uso, o que conseguiu eliminar completamente o trabalho manual no transporte de metal fundido - bombas e instalações magnetodinâmicas fornecem automação de vazamento de alumínio e ligas não ferrosas. A nova tecnologia mudou até a aparência das peças fundidas, tornando-as brilhantes e limpas.

As usinas da EMDG também são usadas para fundir ferro e aço. Este processo é conhecido por ser particularmente difícil de mecanizar.

Granuladores de metal líquido foram introduzidos na produção, dando esferas de forma ideal e dimensões iguais. Estas «bolas» são muito utilizadas na metalurgia não ferrosa.

As bombas EHD foram desenvolvidas e usadas para resfriar poderosos tubos de raios X nos quais o óleo refrigerante flui intensamente em um campo elétrico criado por uma alta tensão no cátodo do tubo. A tecnologia EHD foi desenvolvida para o processamento de óleo vegetal.Os jatos EHD também são usados ​​em dispositivos de automação e robótica.

Os sensores magnetohidrodinâmicos são usados ​​para medições precisas de velocidades angulares em sistemas de navegação inercial, por exemplo, na engenharia espacial. A precisão melhora à medida que o tamanho do sensor aumenta. O sensor pode sobreviver a condições adversas.

Um gerador ou dínamo MHD converte calor ou energia cinética diretamente em eletricidade. Os geradores MHD diferem dos geradores elétricos tradicionais porque podem operar em altas temperaturas sem partes móveis.O gás de exaustão de um gerador de plasma MHD é uma chama capaz de aquecer as caldeiras de uma usina a vapor.

O princípio de operação de um gerador magnetohidrodinâmico é quase idêntico ao princípio convencional de operação de um gerador eletromecânico. Assim como um EMF convencional em um gerador MHD, ele é gerado em um fio que atravessa as linhas do campo magnético a uma determinada velocidade. No entanto, se os fios móveis de geradores convencionais forem feitos de metal sólido em um gerador MHD, eles representam um fluxo de líquido ou gás condutor (plasma).

Modelo da unidade magnetohidrodinâmica U-25, State Polytechnic Museum (Moscou)

Em 1986, a primeira usina industrial com gerador MHD foi construída na URSS, mas em 1989 o projeto foi cancelado antes do lançamento do MHD, e esta usina posteriormente se juntou ao Ryazan GRES como a 7ª unidade de energia de design convencional.

A lista de aplicações práticas da hidrodinâmica eletromagnética em processos tecnológicos pode ser multiplicada. Claro, essas máquinas e instalações de primeira classe surgiram devido ao alto nível de desenvolvimento da teoria EMHD.

O fluxo de fluidos dielétricos — eletrohidrodinâmica — é um dos tópicos populares de várias revistas científicas internacionais.