Academic CentreAgris Gailītis
RĪGAS DINAMO EKSPERIMENTS
Rīgas dinamo eksperiments izveidots, lai laboratorijā reproducētu procesu, kas dabā rada visus magnētiskos laukus, kuri veidojas bez cilvēka klātbūtnes. Proti, Zemes, Saules, zvaigžņu un pat galaktiku magnētiskie lauki rodas intensīvi maisoties lieliem tilpumiem labi elektrovadošas vidēs. Eksperimenta vajadzībām par šādu vidi izvēlēts izkausēts nātrijs - labākais šķidrais elektrovadītājs, kas laboratorijas apstākļos pieejams.
1. attēls. Dinamo iekārta LU Fizikas institūtā Salaspilī. Ar šo iekārtu (11.11.1999) pirmo reizi pasaulē laboratorijas apstākļos tika demonstrēta Zemes magnētiskā lauka atveidošanas process.
2. att. Rīgas Dinamo iekārta (cilindra augstums apm. 3 m) ir izvietota divos stāvos. Pagrabstāvā atrodas tvertne ar 2m3 nātrija. Augšpusē ir divi motori katrs ar jaudu 100 kW. Eksperimentam paredzēto nātriju izkausē un ar argona spiedienu iepilda Dinamo cilindrā.
Vidū ir attēlota shematiska nātrija plūsma Rīgas Dinamo iekārtā eksperimenta laikā. Motoriem griežot dzenskrūvi, izveidojas lejupejoša spirāliska plūsma cilindra centrālajā kanālā.
1. Video. Instrumentu pieraksts lauka ģenerācijai sākoties. Melnā līnija - jūtīga instrumenta (fluxgate) rādījums, kas laukam pieaugot pārsātinās. Sarkanās līnijas - ierīces iekšpusē stāvošās spolītēs inducētie spriegumi. Zaļā līnija - tas pats pie cilindra robežas stāvoša spolītē. Kreisajā apakšējā stūrī ir redzams apgriezienu skaits minūtē un laiks sekundēs no eksperimenta sākuma.
4. att. Pirmā eksperimenta rezultāts. 1999. gada 11. novembrī. Magnētiskā lauka pieraksts ar fluxgate sensoriem pie maksimālā rotācijas ātruma 2150 apgriezieniem/min.
3. att. Tipisks lauka pieraksts. Augšā - magnētiskā lauka vertikālās komponentes pieraksts.
Lauka amplitūda un frekvence mainās līdz ar propellera apgriezieniem.
Eksperimenta laikā nātrijs sasilst un ģenerācija izbeidzas, tāpēc eksperimentu veic 15 - 30 min. garos seansos.
5. att. Lauka mērījums ar ierīcei caurejošā kanālā turp atpakaļ (violetā līnija) slīdošu spolīti.
6. att. Izsekojot 5. att. lauka minimumiem/maksimumiem kā arī null-punktiem sastādītas lauka amplitūdas un fāzes atkarības no radija. Apvienojot abus zīmējumus zīmēta lauka eksperimentālā karte. Blakus pievesta tā pati datorsimulācijā.
7. att. Tas pats, kas 6. att., tikai pārējām divām lauka komponentēm.| Enerģijas līdzsvars pie 2300 apgriezieniem | |
|---|---|
Kinētiskā enerģija bezlauka stāvoklī no ūdens testiem: | |
| Tiešajā plūsmā | 5000 J/m |
| rotācijā | 1300 J/m |
| atpakaļplūsmā | 2500 J/m |
kopā | 8800 J/m |
Mērītajā līmenī: | |
| magnētiskā enerģija | 175 J/m |
| magnētiskā/kinētiskā | 2 % |
2. Video. Lauka līniju forma datorsimulācijā.
8. att. Līdzīgi savērpusies struktūra magnētiskā lauka ietekmē ir arī dabā tikai daudz lielākos apmēros (miglāja garums 80 gaismas gadi).
Dubultspirālais miglājs, kas atrodas tuvu galaktikas centram, rotējot ap melno caurumu magnētisko spēku ietekmē savērpjas.
9. att. Lauka spektrālanalīzei izmantoto pierakstu paraugi. Vertikālā un radiālā lauka pieraksts ar spolītēm. Spolītes mēra lauka maiņu (atvasinājumu) laikā jeb spriegumu (zilā līnija). Pēc tam to matemātiski pārrēķinot iegūst magnētiskā lauka pierakstu (melnā līnija).
10. att. Frekvenču spektrs logaritmiskā mērogā lauka vektoriālai un radiālai komponentei pēc att. 9 pierakstiem.
11. att. Izdalīts viens frekvenču spektrs lineārā mērogā.
8. att. Līdzīgi savērpusies struktūra magnētiskā lauka ietekmē ir arī dabā tikai daudz lielākos apmēros (miglāja garums 80 gaismas gadi).
Dubultspirālais miglājs, kas atrodas tuvu galaktikas centram, rotējot ap melno caurumu magnētisko spēku ietekmē savērpjas.
9. att. Lauka spektrālanalīzei izmantoto pierakstu paraugi. Vertikālā un radiālā lauka pieraksts ar spolītēm. Spolītes mēra lauka maiņu (atvasinājumu) laikā jeb spriegumu (zilā līnija). Pēc tam to matemātiski pārrēķinot iegūst magnētiskā lauka pierakstu (melnā līnija).
10. att. Frekvenču spektrs logaritmiskā mērogā lauka vektoriālai un radiālai komponentei pēc att. 9 pierakstiem.
11. att. Izdalīts viens frekvenču spektrs lineārā mērogā.