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Magnetohydrodynamik,

 

Abkürzung MHD, Teilgebiet der Physik, das die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und strömenden, elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten (Magnetohydrodynamik im engeren Sinn), Gasen (Magnetogasdynamik, Abkürzung MGD) und besonders Plasmen (Magnetoplasmadynamik, Abkürzung MPD) untersucht. Dabei wird das jeweils vorliegende Medium als Kontinuum behandelt, seine atomare Struktur wird vernachlässigt. Durch die Bewegung des elektrisch leitfähigen Mediums im Magnetfeld werden elektrische Ströme induziert, die ihrerseits vom Magnetfeld beeinflusst werden und die anfängliche Massenströmung modifizieren.

 

Ursprünglich betraf das Interesse an der Magnetohydrodynamik v. a. astronomische Phänomene, wie die stets von magnetischen Feldern begleiteten Sonnenaktivitäten, die Existenz der Magnetosphäre sowie das Verhalten der Materie in interstellaren Magnetfeldern. Die wichtigsten Anwendungen auf physikalisch-technischem Gebiet sind die Untersuchungen an Magnetfeldkonfigurationen zum Einschluss thermonuklearer Plasmen für die Kernfusion sowie die direkte Umwandlung der thermischen Energie von Brennstoffen in elektrische Energie (magnetohydrodynamischer Generator).

 

Treten die Ladungsträger genügend häufig miteinander in Wechselwirkung, kann das Plasma als einheitliche und kontinuierliche Substanz betrachtet und durch hydrodynamische Variable wie Massendichte, Massengeschwindigkeit und Druck beschrieben werden. Es interessiert v. a. das Problem des stabilen Gleichgewichts dieser Plasmen, bei dem der expansive Druck der heißen, ionisierten Gase durch elektromagnetische Kräfte kompensiert wird, die von Magnetfeldern mit geeignetem Feldlinienverlauf ausgeübt werden. Zur Beschreibung magnetohydrodynamischer Vorgänge dienen die mit den maxwellschen Gleichungen der Elektrodynamik gekoppelten Gleichungen der Hydro- beziehungsweise Gasdynamik sowie die thermodynamischen und kalorischen Zustandsgleichungen des Mediums. - Je größer die elektrische Leitfähigkeit des Mediums ist, umso mehr sind die magnetischen Feldlinien gezwungen, sich mit der Materie mitzubewegen, umso stärker sind sie in der Materie »eingefroren«. Insbesondere werden die Bewegungen der Materie senkrecht zum Magnetfeld beziehungsweise umgekehrt die entsprechende Diffusion des Magnetfeldes in der Materie stark gebremst, sodass man der Materie eine magnetische Zähigkeit zuordnen und von einer magnetischen Steifigkeit der Materie sprechen kann. Diese Wirkung des Magnetfeldes vermindert dann bei geeigneter Feldrichtung auch die Tendenz zum Auftreten der aus der Hydrodynamik bekannten Instabilitäten (z. B. der Übergang einer laminaren in eine turbulente Strömung); andererseits können besondere Typen von Transversalwellen, die magnetohydrodynamischen Wellen, entstehen.

 

Literatur:

 

T. G. Cowling: Magnetohydrodynamics (London ²1976, Nachdr. ebd. 1980);

 F. Cap: Lb. der Plasmaphysik u. M. (Wien 1994).