Thành phố, khách sạn, điểm đến29-30 May, 2 Khách, 1 đêm
Tìm kiếm
Ngày đến Wed, May 29
1
Ngày vềThu, May 30
Số phòng, số khách1 phòng, 2 người lớn, 0 trẻ em

Động Cơ Magnetohydrodynamic Là Thực Tế—Và Bạn Có Thể Tự Xây Dựng Một

Bởi: Minprice.com
26/03/20240like

Tôi biết đó là một bộ phim cũ (và trước đó là một cuốn sách thậm chí cũ hơn), nhưng tôi muốn xem xét về vật lý của động cơ lặn đặc biệt trong The Hunt for Red October. Trong câu chuyện, người Nga xây dựng một chiếc "động cơ giun sâu" sử dụng sức mạnh hydro-magneto thay vì cánh quạt truyền thống. Chiếc động cơ mới này yên tĩnh hơn nhiều so với loại truyền thống—đến mức nó có thể tiến gần Hoa Kỳ và làm nổ tung nó. Cảnh báo spoile: Điều này không xảy ra.

Đây là phần thú vị: Chiếc động cơ magnetohydrodynamic này, biến nước thành một loại rotor, là một thứ thực sự. (Mặc dù kỹ thuật trong phiên bản sách này động cơ này là cái gì khác ngoài magnetohydrodynamic. Những chi tiết.) Trên thực tế, việc xây dựng nó khá đơn giản. Điều duy nhất bạn thực sự cần là một viên pin, một nam châm và một số dây. Oh, cũng cần phải hoạt động trong nước mặn, vì vậy bạn có thể cần một số muối. Dưới đây là cấu hình cơ bản.

Làm thế nào nó hoạt động? Khi bạn đặt một tấm dương và tấm âm trong nước mặn, nó tạo ra một trường điện. Với muối trong nước, bạn có cả các ion dương và âm—cả hai đều bị ảnh hưởng bởi trường điện. Trong cấu hình được hiển thị ở trên, các ion âm sẽ di chuyển về bên phải và các ion dương di chuyển về bên trái. Nhưng chuyển động ion mà thôi không tạo ra bất kỳ động cơ nào. Đối với điều đó, bạn cũng cần một trường từ.

Trong sơ đồ, tôi có một nam châm với phía bắc hướng xuống. Điều này tạo ra một trường từ cũng chủ yếu hướng xuống (như được chỉ ra bởi mũi tên màu đỏ). Bây giờ là phần vật lý tuyệt vời. Nếu bạn có một điện tích di chuyển trong một trường từ, có một lực tác động lên điện tích đó—độ lớn của lực này phụ thuộc vào sức mạnh của trường từ, giá trị của điện tích điện, và vận tốc của điện tích đó. Lực từ này có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:

Nếu bạn không có bằng cấp về vật lý, có ba điều là điên rồ về phương trình này. Đầu tiên, có ký hiệu mũi tên kỳ lạ trên một số biến. Không có gì phải báo động—điều này chỉ đơn giản là có nghĩa là đây là các đại lượng vector nên hướng cũng quan trọng. Tiếp theo là vector B. Điều này đại diện cho giá trị của trường từ. Trung thực mà nói, tôi không chắc tại sao chúng ta (những nhà vật lý) luôn sử dụng B cho trường từ—nhưng chúng ta lại làm. Cuối cùng, có cái "X" lớn đó. Đó không phải là dấu cho phép nhân, đó là dấu cho phép nhân chéo. Tôi đoán tôi cũng nên chỉ ra rằng "q" là biểu tượng của điện tích điện.

Phép nhân chéo là cho các đại lượng scalar—những thứ không có hướng. Vì vậy, nếu bạn muốn thực hiện hai đại lượng vector (vận tốc và trường từ) thì bạn cần một toán tử khác (bằng toán tử, tôi có nghĩa là các hành động như cộng hoặc căn bậc hai hoặc những thứ như vậy). Toán tử nhân chéo lấy hai vector và tạo ra một vector khác. Vector kết quả phụ thuộc vào cả độ lớn và hướng của các vector khởi đầu. Nhưng đối với giải thích này, ý quan trọng là kết quả là một vector vuông góc với cả hai vector ban đầu. Điều này có nghĩa là bạn phải nhìn thấy thứ này trong ba chiều để hiểu nó.

Có lẽ đoạn mã Python này sẽ giúp ích. Dưới đây là ba mũi tên đại diện cho ba vector xử lý với lực từ từ trường từ. Tôi đã đặt tên cho ba vector, vì vậy nó sẽ rõ ràng mũi tên nào đại diện cho biến nào. Nhưng chờ đã! Có hai điều bạn có thể thực hiện. Đầu tiên, bạn có thể xoay ba vector này xung quanh và xem chúng từ các góc độ khác nhau—chỉ cần nhấp kép chuột phải hoặc sử dụng ctrl-click. Thứ hai, bạn có thể thay đổi độ lớn và hướng của vector qv chỉ bằng cách nhấp bình thường (hoặc kéo nhấp). Hãy thử nghiệm ngay.

Hãy chú ý rằng dù bạn làm gì, vector F luôn vuông góc với cả qv và B. OK, điều đó không hoàn toàn đúng. Nếu bạn thay đổi qv sao cho nó song song với B, lực sẽ bằng không—không có hướng xác định. Nếu bạn muốn xác định hướng của kết quả từ một phép nhân chéo, bạn cần sử dụng "quy tắc bàn tay phải." Dưới đây là một bài đăng cũ giải thích chi tiết—chỉ trong trường hợp bạn cần đó.

OK, quay trở lại với động cơ hydro-magneto. Bạn có thể nhận ra một vấn đề—một số ion trong nước đang di chuyển về bên trái (nhiệt độ dương) và một số đang di chuyển về bên phải (nhiệt độ âm). Tuy nhiên, cả ion dương và âm sẽ bị đẩy về cùng một hướng (hướng ra khỏi màn hình). Ion âm đang di chuyển theo hướng x-âm dương, nhưng chúng có một điện tích điện âm. Điều này có nghĩa là chúng vẫn có giá trị qv theo cùng một hướng và lực từ từ hai ion khác nhau này vẫn theo cùng một hướng.

Bây giờ là một bản trình diễn thực tế. Tôi không xây dựng nó từ đầu, nhưng tìm thấy nó dưới dạng một bộ kit. Trong phiên bản này, có một đường đua tròn cho nước để bạn không cần phải thực sự đi đâu cả. Tôi đặt một giọt mực xanh trong nước để bạn có thể thấy khi nó di chuyển. Dưới đây là cấu hình cơ bản.

Sau khi kết nối pin với hai tấm—bùm, nước bắt đầu di chuyển.

Tôi không biết về bạn, nhưng tôi nghĩ điều này khá thú vị. Nếu bạn lật ngược từ trái sang phải, hướng của nước sẽ thay đổi. Bạn cũng có thể thay đổi hướng của nước bằng cách đảo ngược dòng điện. Nhưng nếu đây là một bài thể hiện vật lý tuyệt vời, tại sao họ không sử dụng nó cho các hệ thống đẩy? Ngắn gọn, nó hoạt động không tốt lắm. Dĩ nhiên, nước bị đẩy đi—nhưng bạn có thể làm tốt hơn nhiều chỉ với một quạt.