Рассмотрим отдельные частные случаи:
Движение в жидком ядре в отсутствие магнитного поля
Если
движение масс вызвано лишь тепловым
различием плотности, то (8) станет:
. Это означает: давление в жидкости и
тяжесть уравновешиваются силами
Кориолиса. Анализ показывает, что здесь
движения возможны лишь в плоскостях,
перпендикулярных оси вращения Земли.
В принципе, это вытекает и из соображений
симметрии, но было проверено следующим
опытом (опыт Р. Хайда).
Опыт состоит в следующем (см. рис. 134):
Рассматривается система из трех соосных сосудов.

В сосуде В налита вода с примесью замутняющего порошка (порошок позволит наблюдать вихри в сосуде).
В сосуде А – горячая вода. В сосуде С – лед.
С вращением этой системы наблюдалось сначала появление хаотично расположенных вихрей в сосуде В, а затем, с увеличением , все они «укладывались» в горизонтальные плоскости. В итоге, формировалась картина вихрей, подобная той, что приведена на рис 134,б.
(Необходимо, однако, заметить, что в условиях Земли роли Кориолисовых и эелктродинамических сил в выполаживании вихрей противоположны и, будучи равновеликими, эти силы, в итоге, не выводят вихри в экваториальную плоскость).
2. Движение в жидком ядре в присутствии магнитного поля В0 . Ламинарное движение жидкости, перпендикулярное магнитному полю В0.
А.
Жидкость – идеальный проводник ()
и ее вязкость пренебрежима мала, так
что:
.
Уравнения (5) и (7) станут:
,
(5”)
![]()
.
(7”)
Тогда в качестве решений этой системы получаем:
,
(9)
,
(10)
т.е.
плоские волны, распространяющиеся в
направлении z (z
),
или – гидродинамическая и электромагнитная
волны. Это – магнитогидродинамические
волны (МГД-волны), или волны Альфвена
(Альвена). Они, по существу, – поперечные:
движение жидкости (базовое)
происходит в направлении х,
а движение
волны – вдоль z.
Необходимую
для этого упругость жидкости (обязательную
для существования именно поперечных
волн) обеспечивают электромагнитные
силы.
Уравнение силовой линии для электромагнитной волны при этом окажется1:
,
т.е.
силовая линия поля
,
будет совершать волнообразное движение
с той же скоростью, что и v
и
b,
но со сдвигом по фазе в 90о.
Получается, что силовые линии исходного
поля В0
целиком увлекаются потоком жидкости:
перемещаются вместе с нею и совершают
такие же колебательные движения. Получили
случай вмороженных
силовых линий;
это означает, что силовые линии эл/м.
поля как бы “механически” крепко
связаны с данной абсолютно проводящей
жидкостью.
Б. Проводимость жидкости – конечная.
Это
означает, что магнитной вязкостью
теперь пренебрегать нельзя.
В принципе, решения уравнений гидромагнитной динамики здесь подобны тому, что имели в случае А. Имеем:
,
где
.
Опять должны существовать МГД-волны, но теперь они уже – затухающие. Очевидно, энергия тратится на выделение джоулева тепла.
В 1949 году С.Ландквист наблюдал волны Альфвена в сосуде со ртутью, помещенном в сильное магнитное (до 10 000 Э) поле.
Вращение проводящей сферы (шара) в постоянном магнитном поле (Ян., 315)
Теория Э.Булларда, объясняющая геомагнитное поле эффектом самовозбуждения, по существу выводит поле решением уравнений магнитной гидродинамики для конкретного случая вращения жидкого проводящего шара радиусом d, в постоянном магнитном поле.
Скорость
вращения элемента жидкости:
,
где
= сonst
– угловая
скорость вращения шара,
–
расстояние элемента от оси вращения.
Задав
таким образом способ вращения (движения)
жидкости, для пары {(5) + (7)}
уравнений магнитной гидродинамики
можем оставить только полевую часть
(
):
(здесь
В
– вектор). (1)
Чтобы решить его, сведем его к линейному. Для этого введем сферическую систему координат. Тогда для v имеем лишь одну координату:
,
и для произведения
– две:
.
Подставляем все это в (1), преобразуем, получаем:
![]()
.
Решение уравнения ищем методом Фурье: полагая В периодической функцией долготы и принимая, что затухание процесса во времени подчиняется “формуле”: B exp(-pt) [ если р – комплексное, то то процесс – колебательный], – запишем для В:
(m
– целое
число). (2)
Подставляя
(2) в (1), получим:
.
Обозначив:
, имеем:
.
Чтобы
решить его, придется представить вектор
В1 как сумму двух векторов BT
и
BS:
B1
= BT
+ BS.
При этом
BT
направлен перпендикулярно вектору r,
т.е. всюду
идет по касательной к сфере радиуса r.
Вектор BS
перпендикулярен к BT.
Вектор BT
назван тороидальным
вектором. Вектор BS
– полоидальным
вектором. Анализ показывает, что эти
вектора взаимосвязаны:
.
Практически оказалось, чтоBT
это – поле, “лежащее” на поверхности
сферы радиуса r.
BS – поля, лежащие в главных сечениях шара.
Анализ решения дает многообразные варианты распределения полей BT и BS для проводящего шара (рис.136 и137 на с.318-319 в кн.Яновского).
