Dynamotheorie
Die Dynamotheorie beschreibt die Erzeugung und das Verhalten von Magnetfeldern in elektrisch leitfähiger Materie (Plasma). Sie ist Teil der Magnetohydrodynamik (MHD).
Der „Dynamoeffekt“, also die Erzeugung von Magnetfeldern, hat seine Ursache in der elektromagnetischen Induktion aufgrund der Wechselwirkung zwischen Konvektion in elektrisch leitender Materie und ihrer Rotation.
Die Magnetfelder der Erde, der Sonne und weiterer astronomischer Objekte lassen sich durch die Dynamotheorie erklären. Zur besseren Unterscheidung von technischen Dynamos (elektrische Generatoren) nennt man solche Dynamos dann auch magnetohydrodynamische oder MHD-Dynamos.
Induktionsgleichung
Die theoretische Grundlage zur Beschreibung von Dynamos bildet die Induktionsgleichung:
- Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle {\partial \mathbf B \over \partial t} = R_m \nabla\times (\mathbf v \times \mathbf B) - \nabla\times \eta \nabla\times \mathbf B}
Hierbei bedeuten:
Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathbf{B}} Magnetfeld, genauer: magnetische Induktion Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mathbf v} Geschwindigkeitsfeld der Materie Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \eta = {1 / \mu\sigma}} magnetische Diffusivität, wobei Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \mu} die magnetische Permeabilität und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \sigma} die elektrische Leitfähigkeit bedeuten Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_m = {V / R \Eta}} magnetische Reynoldszahl, mit typischen Größenordnungen für Geschwindigkeit Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle V} , Länge Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R} und Diffusivität Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Eta} .
Die Induktionsgleichung lässt sich aus den Maxwellgleichungen und dem ohmschen Gesetz herleiten.
Antidynamotheoreme
Antidynamotheoreme machen Aussagen über Bedingungen, unter denen kein Dynamoprozess zustande kommen kann. Sie vermitteln einen Einblick in die Funktionsweise von Dynamos, da sie die Lösungsvielfalt der Dynamogleichung einschränken, und damit aufzeigen, welche Voraussetzungen für einen funktionierenden Dynamo wesentlich sind.
Cowling-Theorem
Das Cowling-Theorem besagt, dass ein axialsymmetrisches Magnetfeld durch keinen Dynamoprozess aufrechterhalten werden kann.
Elsasser-Theorem
Das Elsasser-Theorem (auch Toroidal-Theorem) besagt, dass eine rein toroidale Strömung keinen Dynamo aufrechterhalten kann. Dies ist jedoch in einer sphärischen Geometrie nur unter der einschränkenden Bedingung der Fall, dass die elektrische Leitfähigkeit nicht winkelabhängig ist.
