Магниттік спираль: плазма физикасындағы магнит өрісінің байланысы, бұрылысы, және өрмелеуін өлшейтін шама. Астрофизика, күн шашулары, термоядролық зерттеулерде маңызды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магниттік өрістің топологиясын өлшеу
Measure of magnetic field topology
Плазма физикасында магниттік спиральділік – магниттік өрістің байланысуы, бұрылуы және өрімділігінің өлшемі. Магниттік спиральділік – астрофизикалық жүйелерді талдауда маңызды ұғым, онда кедергі өте төмен болуы мүмкін, сондықтан магниттік спиральділік жақсы жуықтаумен сақталады. Іс жүзінде, магниттік спиральдік динамикасы күн жарқындары мен короналдық масса шығарылымдарын талдауда маңызды. Магниттік спиральділік күн желдерінде кездеседі. Оның сақталуы динамо процестерінде маңызды, сондай-ақ кері өріс қысымы эксперименттері сияқты термоядролық зерттеулерде де маңызды рөл атқарады. Магниттік өрісте магниттік спиральділік болғанда, ол кіші масштабты құрылымдардан ірі масштабты құрылымдарды қалыптастыруға бейім. Бұл процесті Фурье кеңістігіндегі кері трансфер деп атауға болады. Құрылымдардың масштабын ұлғайту қабілеті магниттік спиральділікті үш өлшемде ерекше етеді, себебі жалпы сұйықтық механикасындағы басқа үш өлшемді ағындар керісінше, турбулентті және құрылымды "бұзуға" бейім, яғни ірі масштабты вихрьтер кішіректерге бөлініп, тұтқыр әсерлер арқылы ысыққа дейін ыдырайды. Параллель, бірақ кері процесс арқылы магниттік вихрьтер үшін керісінше болады, онда нөлдік емес магниттік спиральділікке ие кіші спиральді құрылымдар бірігіп, ірі магниттік өрістерді құрайды. Бұл Күн жүйесіндегі ірі магниттік құрылым – гелиосфералық ток парағының динамикасында көрінеді.
In plasma physics, magnetic helicity is a measure of the linkage, twist, and writhe of a magnetic field. Magnetic helicity is a significant concept in the analysis of astrophysical systems, where the resistivity may be very low, so that magnetic helicity is conserved to a good approximation. In practice, magnetic helicity dynamics are important in analyzing solar flares and coronal mass ejections. Magnetic helicity is present in the solar wind. Its conservation is significant in dynamo processes, and it also plays a role in fusion research, such as reversed field pinch experiments. When a magnetic field contains magnetic helicity, it tends to form large scale structures from small scale ones. This process can be referred to as an inverse transfer in Fourier space. This property of increasing the scale of structures makes magnetic helicity special in three dimensions, as other three dimensional flows in ordinary fluid mechanics are the opposite, being turbulent and having the tendency to "destroy" structure, in the sense that large scale vortices break up into smaller ones, until dissipating through viscous effects into heat. Through a parallel but inverted process, the opposite happens for magnetic vortices, where small helical structures with non zero magnetic helicity combine and form large scale magnetic fields. This is visible in the dynamics of the heliospheric current sheet, a large magnetic structure in the Solar System.
Математикалық анықтамасы
Жалпы, көлеммен шектелген тегіс векторлық өрістің спиральділігі – өріс сызықтарының бір-біріне оралып, жиырылу шамасын өлшеудің стандартты тәсілі. Магниттік спиральділіктің өлшем бірлігі – магниттік ағымның квадраты: SI жүйесінде Wb² (Вебердің квадраты), ал Гаусс жүйесінде Mx² (Максвеллдің квадраты).
Generally, the helicity of a smooth vector field confined to a volume is the standard measure of the extent to which the field lines wrap and coil around one another. Magnetic helicity has units of magnetic flux squared: Wb2 (webers squared) in SI units and Mx2 (maxwells squared) in Gaussian Units.
Өлшеміне қатысты ескертулер
Магниттік спиральдік саны – өлшегішке тәуелді шама, себебі оны градиент қосу арқылы қайта анықтауға болады (өлшегішті таңдау). Дегенмен, ешқандай таза магниттік ағыны жоқ, толығымен өткізгіш шекаралары немесе периодтық жүйелері бар жағдайларда, бүкіл домендегі магниттік спиральдік саны өлшегіш инварианты болып табылады.
Magnetic helicity is a gauge dependent quantity, because can be redefined by adding a gradient to it (gauge choosing). However, for perfectly conducting boundaries or periodic systems without a net magnetic flux, the magnetic helicity contained in the whole domain is gauge invariant,