Al'venovskie volny

AL'VENOVSKIE VOLNY - poperechnye magnitogidrodinamicheskie volny, rasprostranyayushiesya vdol' silovyh linii magn. polya. Nazvany v chest' shved. astrofizika X. Al'vena, predskazavshego v 1942 g. ih sushestvovanie. V A. v. v kolebaniyah uchastvuet ne tol'ko el.-magn. pole, no i chasticy provodyashei sredy, t. e. A. v. vozmozhny lish' pri nalichii magn. polya i provodyashei sredy, vedushei sebya kak edinaya zhidkost' ili gaz. Poslednee uslovie narushaetsya, esli chastota kolebanii sredy ω stanovitsya sravnimoi ili prevoshodit ionnuyu ciklotronnuyu chastotu ω_Hi, t. k. pri takih chastotah povedenie ionov i svobodnyh elektronov sredy okazyvaetsya razlichnym. T. o., chastoty A. v. ogranicheny sverhu znacheniem ω_Hi, i v etom smysle ih mozhno nazvat' nizkochastotnymi.

Dlya togo chtoby magn. pole A. v. ne ochen' bystro zatuhalo, sreda dolzhna obladat' dostatochno vysokoi provodimost'yu σ. Harakternoe vremya zatuhaniya magn. polya v masshtabah poryadka dliny volny λ, ravnoe t₀ = 4πσλ²/s² (sm. Magnitogidrodinamika), dolzhno byt' mnogo bol'she perioda kolebanii R = 2π/ω = λ/v_A (v_A - skorost' A. v.). Pri etom magn. silovye linii koleblyutsya vmeste so sredoi ("vmorozhennost'" silovyh linii). Kolebaniya sredy takzhe dolzhny zatuhat' ne ochen' bystro. Dlya etogo ee kinematicheskaya vyazkost' v dolzhna byt' dostatochno maloi (vremya vyazkogo zatuhaniya kolebanii s masshtabom ~λ poryadka λ²/v). Uslovie malosti zatuhaniya A. v. za schet etih dvuh effektov mozhno zapisat' v vide ili , gde v_M= s²/4πσ - t. n. magnitnaya vyazkost'. Vidno, chto neravenstvo luchshe vypolnyaetsya dlya nizkih chastot (bol'shih dlin voln), i po etoi prichine ono legche realizuetsya v kosmich. masshtabah, chem v laboratornyh usloviyah.

Dlya illyustracii sushnosti A. v. chasto pribegayut k analogii mezhdu vmorozhennymi v sredu silovymi liniyami magi. polya N i natyanutymi strunami ili rezinovymi zhgutami. Vdol' silovoi linii polya, tak zhe kak i vdol' struny, mozhet rasprostranyat'sya poperechnaya volna. Skorost' v rasprostraneniya voln po strune s natyazheniem T i plotnost'yu ρ opredelyaetsya sootnosheniem . Poskol'ku natyazhenie T silovyh linii proporcional'no kvadratu napryazhennosti magn. polya, T = H²/4π, skorost' rasprostraneniya A. v. (t. n. al'venovskaya skorost'), gde ρ - plotnost' koleblyusheisya sredy.

Polya, toki i sily, voznikayushie pri smeshenii elementa 2 provodyashei sredy poperek magnitnogo polya; N - ishodnoe (nevozmushennoe) magn. pole, J - inducirovannye toki, h - magnitnoe pole tokov J, F = [J, N]/ s - magnitnaya sila. Sila F2 stremitsya vernut' element 2 v ishodnoe polozhenie, a sily F1 i F3 smeshayut elementy sredy 1 i 3 poperek N. Vozmushenie rasprostranyaetsya so skorost'yu vA vdol' N v obe storony.

Bolee detal'no process rasprostraneniya A. v. vyglyadit sled. obr. Pri smeshenii elementa provodyashei sredy poperek polya N v nem induciruetsya tok plotnost'yu J. Tok generiruet sobstvennoe magn. pole h, k-roe, skladyvayas' s ishodnym polem N, vyzyvaet iskrivlenie polya. Silovye linii izgibayutsya podobno koleblyusheisya strune (sm. ris.). Po pravilu Lenca J imeet takoe napravlenie, chto voznikayushaya sila F = [JH]/c, deistvuya na smeshennyi element, prepyatstvuet dal'neishemu ego smesheniyu i stremitsya vernut' element v pervonachal'noe polozhenie (analogichno natyazheniyu struny). Zamykayas' cherez sosednie elementy sredy, toki tekut v nih v protivopolozhnyh napravleniyah, i sila F, prilozhennaya k etim elementam, smeshaet ih poperek polya N. Smeshennyi iz polozheniya ravnovesiya element snachala ostanavlivaetsya, zatem vozvrashaetsya v ishodnoe polozhenie, a sosednie elementy sredy prihodyat v dvizhenie i t. d. Kak i v sluchae odnorodnyh strun, volna rasprostranyaetsya, sohranyaya svoyu formu (esli zatuhanie prenebrezhimo malo). A. v. ne sozdayut vozmushenii plotnosti sredy ρ.

A. v. mozhno rassmatrivat' kak zamedlennye poperechnye el.-magn. volny. Uchet tokov smesheniya privodit k sleduyushemu vyrazheniyu dlya skorosti A. v.: , chto pri dostatochno bol'shih ρ sovpadaet s . Pri ochen' malyh ρ A. v. plavno perehodyat v obychnye el.-magn. volny v vakuume. Pri etom ih skorost', kak vidno iz privedennogo vyrazheniya, stanovitsya ravnoi skorosti sveta s.

Vozniknuv v rezul'tate, napr., konvektivnyh dvizhenii provodyashei sredy v nek-roi oblasti i zatuhaya v dr. meste, A. v. sposobny osushestvlyat' obmen energiei mezhdu udalennymi oblastyami kosmich. prostranstva. Pri opredelennyh usloviyah energiya A. i. mozhet perehodit' v dr. vidy energii, napr. v teplovuyu (vyazkoe zatuhanie, dzhouleva dissipaciya), v energiyu uskorennyh chastic (Landau zatuhanie), v energiyu dr. vidov voln. Osobyi interes dlya astrofiziki predstavlyaet tot fakt, chto sobstvennoe pole volny h mozhet znachitel'no prevoshodit' ishodnoe pole N. T. o., A. v. sposobny usilivat' magn. pole i perenosit' ego na bol'shie rasstoyaniya. Po sovr. predstavleniyam, A. v. igrayut znachit. rol' v processah, proishodyashih v magnitosferah Zemli n planet, mezhplanetnoi plazme, yavleniyah na Solnce, v radiogalaktikah i dr.

Lit.:
Al'ven G., Fel'thammar K. - G., Kosmicheskaya elektrodinamika, per. s angl., 2 izd., M., 1967
Pikel'ner S. B., Osnovy kosmicheskoi elektrodinamiki, 2 izd., M., 1966

(R.3. Durlevich)