El núcleo masivo y agitado de los líquidos conductores en las estrellas y algunos planetas crea una dinamo que genera el campo magnético del cuerpo planetario. Los investigadores pretenden comprender mejor estas dinamos a través de simulaciones por computadora y recreándolos en el laboratorio usando botes de líquido que gira rápidamente.sodio.
Una nueva simulación basada en el experimento de dinamo von-Kármán-Sodium VKS, administrado conjuntamente por la Comisión Francesa de Energía Atómica CEA, el Centro Nacional de Investigación Científica CNRS y la École Normale Supérieure ENS de Parísy Lyon observa más de cerca cómo el vórtice líquido creado por el dispositivo genera un campo magnético.Los investigadores investigaron los efectos de la resistividad de los fluidos y la turbulencia en la colimación del campo magnético, donde el vórtice se convierte en una corriente enfocada.esta semana en el diario Física de plasma , de AIP Publishing.
El estudio es el primero en examinar el flujo dentro de las cuchillas agitadoras en alta resolución, y puede ofrecer formas de mejorar las dinamos de laboratorio para que puedan recrear con mayor precisión las observaciones astronómicas estelares.
"Esperamos que, en el futuro, podamos dar una mejor descripción de los flujos", dijo el autor principal Jacobo Varela, ahora investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. "Con este enfoque, podemos comenzar a comprender eldinamo que se observa en las estrellas "
Las dinamos convierten la energía cinética en energía magnética al transformar la rotación de un fluido o plasma eléctricamente conductor en un campo magnético. En la dinamo VKS, dos palas del impulsor a cada lado de un cilindro lleno de sodio líquido crean turbulencia, lo que puede generarcampo magnético.
Los mecanismos que crean ese campo, sin embargo, son poco conocidos. Otros investigadores han realizado simulaciones globales de dinamos de sodio, pero los modelos arrojaron resultados de baja resolución. Esta investigación modela el flujo en forma de vórtice dentro de una pequeña región al lado de un impulsordentro de la dinamo VKS.
"Los flujos helicoidales entre las palas del impulsor coliman el flujo que fortalece el campo magnético y genera el campo observado en el dispositivo", dijo Varela.
Los investigadores simplificaron la geometría del dispositivo y construyeron simulaciones magnetohidrodinámicas enfocadas para comprender cómo la turbulencia de flujo y las características del material del dispositivo afectan la colimación del campo magnético.
"Descubrimos que cuando usa materiales ferromagnéticos magnetizados, hay un aumento efectivo en la colimación del campo magnético, lo que resulta en un umbral de dinamo más bajo, y esto es lo que observaron en el experimento", dijo Varela.
En contraste, el uso de materiales conductores en la simulación debilitó la colimación de campo. Este hallazgo puede explicar por qué los investigadores pueden desencadenar la acción de la dinamo en los experimentos VKS más fácilmente cuando se usan impulsores de hierro blando
Los investigadores también analizaron sus resultados en el contexto de la teoría de la dinamo de campo medio, que intenta explicar cómo las estrellas y los planetas mantienen sus campos magnéticos. A medida que aumentaba la turbulencia en la simulación, el campo magnético cambió de 1 a-1 con oscilaciones periódicas, como las observadas en ciertas estrellas. El campo magnético del sol, por ejemplo, cambia la polaridad aproximadamente cada 11 años, que es producto de su turbulencia y la velocidad de su rotación.
Varela y sus colegas en CNRS continúan desarrollando el modelo para reflejar la geometría real del dispositivo. Planean investigar parámetros adicionales, como la forma de la cuchilla y el fondo del campo magnético, para que puedan simular más de cerca el rendimiento del dispositivo y probar formaspara optimizar la máquina.
"La simulación que estamos realizando es solo el primer paso, pero con el modelo que tenemos ahora, podemos captar gran parte de la física que observan en el experimento VKS dynamo", dijo Varela. "Nuestras observaciones y datos della máquina nos dará mucha más evidencia del bucle de dinamo en las estrellas y otros objetos astronómicos "
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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