磁扩散效应

更新时间:2022-08-25 16:59

磁扩散效应(Magnetic diffusion effect)是由于电阻引起的感应电流的衰减,磁场从强度大的区域向强度小的区域发生扩散的效应,本质是电磁感应

定义

磁扩散效应是由于电阻引起的感应电流的衰减,磁场从强度大的区域向强度小的区域发生扩散的效应,本质是电磁感应。在磁流体力学的磁感应方程中:

如果磁雷诺数 ,则磁感应方程退化为扩散方程的形式:

磁场渗透所需要的特征时间为:

称为趋肤时间。该式表明,流体的电导率越大,磁场扩散得越慢。对于理想导体, ,没有磁扩散效应。

扩展

磁感应方程

磁感应方程是描述磁场与导电的流体发生相互作用时,磁场随时间变化的方程,是磁流体动力学中的一个重要方程。在磁流体动力学中,等离子体可以看作是良导体,由于存在洛伦兹力欧姆定律的数学形式为:、

代入麦克斯韦方程组 ,可以得到磁感应方程:

其中, 与流体力学中的粘滞系数具有相同的量纲,叫做磁粘滞系数或者磁扩散系数。

磁雷诺数

磁流体力学中,磁雷诺数定义为:

其中, 和 分别是系统的特征尺度和特征速度, 是磁扩散率。

如果磁雷诺数远远小于1,则磁流体力学中的磁感应方程 退化为扩散方程

此时等离子体会表现出磁扩散效应。

如果磁雷诺数远远大于1,则磁流体力学中的磁感应方程退化为冻结方程:

此时等离子体会表现出磁冻结效应

磁冻结效应

磁冻结效应是磁场的变化如同磁感线粘附在流体质元上,随流体一起运动,如同磁感线被“冻结”在了导电流体中一样。在磁流体力学的磁感应方程中:

如果磁雷诺数 ,或者流体的电导率 ,则磁感应方程退化为冻结方程:

磁冻结效应同时也意味着在理想导电流体中,在某一初始时刻位于磁感线上的流体质元,此后也一直位于这条磁感线上。对于宇宙中的天体,往往具有很大的尺度,容易满足磁雷诺数远远大于1的条件,因此经常表现出磁冻结效应。

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