อ่าน 3 นาที
สมการการเหนี่ยวนำ
ใน พลศาสตร์ แม่เหล็กไฟฟ้าสมการการเหนี่ยวนำเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่เชื่อมโยงสนามแม่เหล็กและความเร็วของของไหลนำไฟฟ้า
สมการการเหนี่ยวนำ
ใน พลศาสตร์ แม่เหล็กไฟฟ้าสมการการเหนี่ยวนำเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่เชื่อมโยงสนามแม่เหล็กและความเร็วของของไหลนำไฟฟ้า เช่นพลาสมาสามารถหาได้จากสมการของแม็กซ์เวลล์และกฎของโอห์มและมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์พลาสมาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในทฤษฎีไดนาโม
ข้อความทางคณิตศาสตร์
สมการของแม็กซ์เวลล์ที่อธิบายกฎของฟาราเดย์และแอมแปร์มีดังนี้: และ โดยที่:
- คือสนามไฟฟ้า
- คือสนามแม่เหล็ก
- คือ ค่าการ ซึมผ่านของสุญญากาศ
- คือความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า
กระแสการกระจัดสามารถละเลยได้ในพลาสมา เนื่องจากมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับกระแสที่เกิดจากประจุอิสระ ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือปรากฏการณ์ที่มีความถี่สูงมากเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น สำหรับพลาสมาที่มีค่าการนำไฟฟ้าโดยทั่วไปอยู่ที่ 10⁷ มิลลิ โฮ /เมตร กระแสการกระจัดจะมีค่าน้อยกว่ากระแสอิสระถึง 10³ เท่าสำหรับความถี่ต่ำกว่า 2 × 10⁶14 เฮิรตซ์
สนามไฟฟ้าสามารถสัมพันธ์กับความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า ได้ โดยใช้กฎของโอห์ม ดังนี้ : โดยที่
- คือสนามความเร็ว
- คือค่าการนำไฟฟ้าของของเหลว
เมื่อรวมสมการทั้งสามนี้เข้าด้วยกัน โดยกำจัดและออกไป จะได้สมการการเหนี่ยวนำสำหรับของไหล ที่มีความต้านทานไฟฟ้า :
นี่คือค่าการแพร่กระจายแม่เหล็ก (ในเอกสารค่าความต้านทานไฟฟ้าซึ่งกำหนดเป็นมักจะถูกระบุว่าเป็นค่าการแพร่กระจายแม่เหล็ก) [ 1 ]
ถ้าของเหลวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วปกติและขนาดความยาวปกติแล้ว
อัตราส่วนของปริมาณเหล่านี้ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ไม่มีหน่วย เรียกว่าเลขเรย์โนลด์แม่เหล็ก :
ขีดจำกัดการนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ
สำหรับของไหลที่มีค่าการนำไฟฟ้าอนันต์พจน์แรกในสมการการเหนี่ยวนำจะหายไป ซึ่งเทียบเท่ากับเลขเรย์โนลด์แม่เหล็ก ที่สูงมาก ตัวอย่างเช่น อาจมีค่าอยู่ในลำดับ 10⁹ ในดาวฤกษ์ทั่วไป ในกรณีนี้ ของไหลนั้นสามารถเรียกว่าของไหลสมบูรณ์หรือของไหลในอุดมคติได้ ดังนั้น สมการการเหนี่ยวนำสำหรับของไหลนำไฟฟ้าในอุดมคติ เช่น พลาสมาทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ คือ
นี่ถือเป็นค่าประมาณที่ดีในทฤษฎีไดนาโม ซึ่งใช้ในการ อธิบาย วิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กในสภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เช่นดาวฤกษ์กาแล็กซีและจานสะสมมวล
ขีดจำกัดการพาความร้อน
โดยทั่วไปแล้ว สมการสำหรับขีดจำกัดการนำไฟฟ้าสมบูรณ์แบบนั้นใช้ได้ในบริเวณที่มีขนาดเชิงพื้นที่ขนาดใหญ่มากกว่าการนำไฟฟ้า อนันต์ (เช่น) เนื่องจากกรณีนี้ทำให้เลขเรย์โนลด์แม่เหล็กมีค่ามากจนสามารถละเลยพจน์การแพร่กระจายได้ ขีดจำกัดนี้เรียกว่า "MHD ในอุดมคติ" และทฤษฎีบทที่สำคัญที่สุดคือทฤษฎีบทของอัลฟ์เวน (เรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีบทฟลักซ์คงที่)
ขีดจำกัดการแพร่กระจาย
สำหรับค่าเลขเรย์โนลด์แม่เหล็ก ที่เล็กมาก เทอมการแพร่กระจายจะเอาชนะเทอมการพาความร้อน ตัวอย่างเช่น ในของเหลวที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูงและมีค่ามากสนามแม่เหล็กจะแพร่กระจายออกไปอย่างรวดเร็ว และทฤษฎีบทของอัลฟ์เวนไม่สามารถนำมาใช้ได้ ซึ่งหมายความว่าพลังงานแม่เหล็กจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนและพลังงานประเภทอื่น สมการการเหนี่ยวนำจึงเป็นดังนี้
โดยทั่วไปแล้ว จะมีการกำหนดมาตราส่วนเวลาการสลายตัวซึ่งก็คือมาตราส่วนเวลาสำหรับการสลายตัวของพลังงานแม่เหล็กในช่วงความยาวระดับหนึ่ง
ดูเพิ่มเติม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สมการการเหนี่ยวนำ
ใน พลศาสตร์ แม่เหล็กไฟฟ้าสมการการเหนี่ยวนำเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยที่เชื่อมโยงสนามแม่เหล็กและความเร็วของของไหลนำไฟฟ้า
ข้อความทางคณิตศาสตร์
สมการของแม็กซ์เวลล์ที่อธิบายกฎของฟาราเดย์และแอมแปร์มีดังนี้: และ โดยที่: ∇ × อี = − ∂ บี ∂ ที , {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\บางส่วน t}},} ∇ × บี = μ 0 เจ , {\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu...
ขีดจำกัดการนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ
สำหรับของไหลที่มีค่าการนำไฟฟ้าอนันต์พจน์ แรก ในสมการการเหนี่ยวนำจะหายไป ซึ่งเทียบเท่ากับ เลขเรย์โนลด์แม่เหล็ก ที่สูงมาก ตัวอย่างเช่น อาจมีค่าอยู่ในลำดับ 10⁹ ใน ดาวฤกษ์ทั่วไป ในกรณีนี้ ของไหลนั้นสามารถเรียกว่าของไหลสมบูรณ์หรือของไหลในอุดมคติได้ ดังนั้น...
ขีดจำกัดการพาความร้อน
โดยทั่วไปแล้ว สมการสำหรับขีดจำกัดการนำไฟฟ้าสมบูรณ์แบบนั้นใช้ได้ในบริเวณที่มีขนาดเชิงพื้นที่ขนาดใหญ่มากกว่า การนำไฟฟ้า อนันต์ (เช่น) เนื่องจากกรณีนี้ทำให้ เลขเรย์โนลด์แม่เหล็ก มีค่ามากจนสามารถละเลยพจน์การแพร่กระจายได้ ขีดจำกัดนี้เรียกว่า "MHD ในอุดมคติ"...