magnetohydrodynamiikka

Magnetohydrodynamiikka (MHD) tutkii magneettikenttien ja johtavien plasmoiden tai nesteiden vuorovaikutusta. Se yhdistää fluididynamiikan ja sähkömagneettiset peruslaeet, ja kuvaa miten virrat, paine ja magneettikenttä vaikuttavat toisiinsa suurissa, kollektiivisissa skaalaprojekteissa.

Perusmalli muodostuu säilytyslauseista: Continuity (massa) ∂ρ/∂t + ∇·(ρ v) = 0; liikemäärän säilytys ρ(dv/dt) = -∇p + (1/μ0)(∇×B)×B + μ∇²v + ρg; magneettikentän induktio ∂B/∂t = ∇×(v×B) - ∇×(η ∇×B); ja divergenssiboli ∇·B = 0. Sähkövirta J ja Ohm-laki liittyvät: J = (1/μ0) ∇×B ja E + v×B = η J. Ideaalissa MHD:ssa η = 0, jolloin E + v×B = 0 ja magneettikenttä kulkee fluidin mukana (frozen-in-ilmiö).

Mallin variantit ja vahvuudet: IdeaalimHD kuvaa magneettikentän sid-place-tilan, kun resistiivisyys on vähäinen. Resistivinen MHD sallii magneettikentän diffundoitumisen ja magneettirekonnektion, mikä on olennaista monissa plasmaprosesseissa. Hal- ja monifluaatiomallit laajentavat peruskuvaa, kun tarvitaan kineettisiä tai Hall-vaikutuksia.

Sovellukset: MHD on keskeinen työkalu astrofysiiassa ja kosmologiassa (auringon ja galaktisten magneettikenttien dynamiikka, tähti- ja galaksidynamot, aurinkotuuli), geofysiikassa (Maapallon geodynamo ja magnetosfäärin ilmiöt) sekä laboratoriossa fuusioplaseissa kuten tokamakeissa ja stellaratoissa. Se tarjoaa myös teoreettisen kehyksen magneettisten plasmaprosessien simuloinnille.

Historia ja vaikutus: MHD:n kehitti 1940-luvulla Hannes Alfvén; siitä lähtien se on ollut keskeinen lähestymistapa plasman makroskooppisten ilmiöiden tutkimuksessa.