磁流体概述
Magnetohydrodynamics Overview

磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性。

来自网络的一段视频演示了磁流体的特性,见下面视频。玻璃盘中装有磁流体,在无磁场作用时,盘中磁流体平铺在盘中,当在盘底有一个磁极向上的磁铁接近时,磁流体出现沿磁力线方向伸展的凸起,这是磁性固体颗粒沿磁力线排列的现象。

磁流体随外加磁场的变化

本栏目介绍的磁流体技术是可导电的流体在磁场中的运动特性,例如通有电流的流体在磁场中受力运动的情况;在磁场中运动的流体产生电势的情况。平常可见到的导电流体有酸、碱、盐的溶液,水银等。

   电磁力推动导电流体运动

在图1中有一根管道,管道截面为长方形,为了看清管内情况,管壁剖去一部分。在管道的上下方有磁极,上方为南极,下方为北极,磁力线方向是向上。磁极本应贴紧管道壁,但为了看清管内情况把上下磁极拉开距离。

图1-管道与磁极

在管道两侧安装有电极,左边是正极,右边是负极,见图2。

图2-磁流体设备的基本结构 

管道内充满可导电流体,两电极导线连接直流电源,在两电极板间就有电流通过,见图3。磁场与电流对流体产生向右前方的作用力,该力推动流体运动。

图3-磁流体在通电磁场受力运动

在下面动画里演示这个状态,动画中运动的黄色小球代表电流,蓝色箭头代表流体。磁场方向、电流方向、流体运动方向符合左手定则。

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磁流体在磁场中受电流作用流动动画

根据这个原理制作的电磁泵已在工业中得到广泛应用,磁流体推进器的研制在许多国家都在进行。

   导电流体在磁场中流动产生电势

同样,导电流体在磁场中流动会产生电势,图4中的实物环境与图2相同,不同的是导电流体在外力作用下流动,流体运动切割磁力线产生电势,在两电极板间接上负载就会有电流通过。

图4-磁流体在磁场中流动产生电势

电势的方向符合右手定则,在下面我们用动画演示这个状态。动画中运动的黄色小球代表电流,蓝色箭头代表流体。

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磁流体在磁场中流动产生电势动画

利用这个原理可构成磁流体发电机,已取得一些成果,将在其他课件进行介绍。
 
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