к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Магнитные жидкости

Магнитные жидкости - ультрадисперсные устойчивые коллоиды ферро- или ферримагнитных однодо-менных частиц, диспергированных в разл. жидкостях и совершающих интенсивное броуновское движение. Магнитная проницаемость ц таких коллоидов достигает ~10, тогда как у обычных жидкостей 2567-30.jpg1. Намагниченность насыщения концентрированных М. ж. может достигать ~100 Гс (~100 кА/м) в магн. полях ~1 кЭ (~80 кА/м), при этом их вязкость может быть сравнима с вязкостью воды. Иногда М. ж. наз. относительно устойчивые суспензии магн. частиц размером ~0,1 -10 мкм, однако действительно стабильными являются именно ультрадисперсные коллоиды частиц диам. d0~0,01 мкм.

Равновесное распределение концентрации коллоидных частиц в зависимости от высоты h в поле силы тяжести описывается барометрической формулой. Концептрация частиц экспоненциально убывает в 2567-31.jpg2,718 раз на характерной высоте 2567-32.jpg , где V0 - ср. объём частиц, 2567-33.jpg- плотность твёрдой фазы - дисперсной среды, 2567-34.jpg - плотность жидкости - дисперсионной среды, g - ускорение силы тяжести. Обычно h0~10 см при комнатной температуре (T=293 К) и при V0~10-18 см3, т. е. когда d0~0,01 мкм (~10 нм). Для агрегативной устойяивости, т. е. для предотвращения слипания частиц, в коллоид вводят стабилизатор - поверхностно-активное вещество (ПАВ). Обычно ПАВ состоит из полярных органич. молекул длиной 1,5-2 нм, создающих на поверхности частиц адсорбционно-сольватные защитные слои, препятствующие сближению и слипанию частиц под действием межмолекулярных сил (близкодействующих сил притяжения). Одним из наиб. распространённых ПАВ является олеиновая к-та 2567-35.jpg, к-рая своей полярной "головкой" О-Н+ притягивается к поверхности твёрдой фазы, образуя на ней плотный молекулярный слой толщиной2567-36.jpg2 нм. В неполярыых дисперсионных средах (масло, керосин, додекан, октан и т. д.) гибкие неполярные концы ПАВ, сродственные жидкости-носителю, направлены от частицы к жидкости (рис. 1, а). Устойчивость диспергированных частиц в полярной жидкости, напр. в воде, обусловлена характерным расположением двух слоев ПАВ: сродственные полярной жидкости-носителю полярные "головки" второго слоя ПАВ направлены от частицы к жидкости (рис. 1, б).

2567-37.jpg

Рис. 1,а - коллоидная частица в нсполярной жидкости с адсорбированным на ней слоем ПАВ - олеиновой кислоты; б - коллоидная частица в полярной жидкости (в воде), окружённая слоями олеиновой кислоты и олеата натрия, растворимого в воде.

Величина магн. восприимчивости М. ж. возрастает при увеличении размера магн. частиц и их объёмной концентрации С в коллоиде. Оказывается, что размер частиц d0~10 нм оптимален потому, что это - наибольший размер, при к-ром частицы ещё не слипаются (не агрегируют) из-за магн. диполъ-диполъного взаимодействия при комнатных темп-pax (слипанию препятствует тепловое движение частиц). Действительно, обычно ср. магн. момент частиц 2567-38.jpg2*10-16 Гс*см3, если их объём 2567-39.jpg0,5*10-18 см3 и спонтанная намагниченность 2567-40.jpg 0,5*103 Гс. Поэтому ср. энергия магн. диполь-дипольного взаимодействия между соседними частицами 2567-41.jpg не превышает энергии их теплового движения ~kT при комнатной температуре, когда d0~10 нм и ср. расстояние между центрами частиц 2567-42.jpg. Макс. концентрация С0 магн. вещества в коллоиде зависит от отношения2567-43.jpgи от распределения частиц по размерам. Если бы все частицы были одинаковыми шарами с диам. d0, то при их плотной гексагональной или гранецентрированной кубической упаковке значение 2567-44.jpg составило бы 2567-45.jpg0,27 при d0 = 10 нм и 2567-46.jpg- 2 нм. Обычно в М. ж. частицы имеют разные размеры и их можно упаковать более плотно. Концентрация магн. фазыв М. ж. может достигать более 0,3, но, как правило, у магн. коллоидов С2567-47.jpgО,1-0,2, а вязкость близка к вязкости воды.

В качестве дисперсной среды обычно используют магнетит, железо, кобальт, ферриты-шпинели, а в качестве дисперсионной среды - воду, углеводородные и кремнийорганич. жидкости. Существуют М. ж. на основе вакуумного, трансформаторного, вазелинового масла и т. д. Для создания электропроводных М. ж. используют такие жидкости, как ртуть или эвтектич. сплав индий - галлий - олово (ингас), в к-рых диспергируют частицы Fe, Ni, Co, стабилизированные оловом, висмутом, литием. Наиб. распространены М. ж. на основе магнетита (Fe3O4), диспергированного в керосине и стабилизированного олеиновой к-той. При концентрации магнетита в коллоиде С2567-48.jpg0,1-0,2 его намагниченность насыщения Ms2567-49.jpg30-60 Гс, 2567-50.jpg5, а динамич. вязкость 2567-51.jpg10~2 г*см-1*с-1 сравнима с вязкостью воды. Ниже рассмотрены осн. физ. свойства этой М. ж. функция распределения её частиц по размерам имеет колоколообразную форму со средней шириной ~10 нм. Столь малые частички при комнатной температуре движутся с тепловыми скоростями 2567-52.jpg~102 см*с-1 и характерное время, за к-рое частичка изменяет направление движения, составляет2567-53.jpg

За это время частица перемещается на расстояние ~0,1 нм. Совершая быстрое хаотич. движение с "шагом" ~0,1 нм, частица медленно диффундирует, продвигаясь в среднем на расстояние 2567-54.jpg за время t, где 2567-55.jpg- коэф. диффузии. За 1 мкс частица смещается на расстояние ~10 нм, т. е. на свой размер. Беспорядочное вращение частиц таково, что они поворачиваются на угол ~1 рад за время броуновского вращения 2567-56.jpg мкс при2567-57.jpg 10-2 г*см-1-1. Магн. момент малой частицы хаотически переориентируется относительно её кристалло-графич. направлений из-за тепловых флуктуации с характерным временем неелевской релаксации2567-58.jpg -2567-59.jpg, где 2567-60.jpg, К1 - эффективная энергия магнитной анизотропии частицы (для магнетитовых коллоидных частиц К1~106 эрг*см3),2567-61.jpg~10-9 с - характерное время ларморовской прецессии магн. момента частицы. Такие частицы наз. суперпарамагнитными, т. к. их магн. момент, составляющий ~104 атомных моментов, свободно флуктуирует, как в парамагнетике (см. Суперпарамагнетизм). Суперпарамагн. восприимчивость 2567-62.jpg в М. ж. при комнатной температуре в ~104 раз превышает восприимчивость обычных жидкостей и описывается зависимостью2567-63.jpg2567-64.jpg, или 2567-65.jpg, где Мs=480 Гс - спонтанная намагниченность магнетита, 2567-66.jpg, 2567-67.jpg200 К - парамагнитная температура Кюри, к-рая зависит от концентрации С. Восприимчивость 2567-68.jpg возрастает по Кюри - Вейса закону при понижении температуры Т, однако это увеличение происходит не беспредельно и при нек-рой температуре Tg наблюдается резкий излом зависимости 2567-69.jpg (особенно отчётливый в концентрированных М. ж. при низких частотах 2567-70.jpg и малых амплитудах Н перем. магн. поля). Излом размывается и смещается при увеличении частоты или амплитуды внеш. поля (рис. 2). Темп-pa излома зависимости 2567-71.jpg стремится к пост. величине при2567-72.jpg Эта величина не связана с температурами затвердевания жидкостей-носителей, а зависит от концентрации С магн. вещества М. ж. Напр., значение Тg возрастает от 200 до 330 К при увеличении С от 0,01 до 0,32 в М. ж. магнетит - керосин - олеиновая к-та.

Темп-pa Tg соответствует кооперативному магнитному фазовому переходу в системе взаимодействующих магн. диполей - однодоменных коллоидных частиц, к-рые при понижении температуры образуют хаотич. структуру из сложным образом перепутанных и разветвлённых дипольных цепочек. Такой структурированный коллоид является уже не жидким золем, а упругим гелем, хотя пределы упругости и прочности такого геля невелики. Так, при T>Tg M. ж. являются жидкими суперпарамагнетиками, а при Т<Тg переходят в неупорядоченное гелеобразное состояние, называемое дипольным стеклом. Магн. свойства дипольных стёкол аналогичны магн. свойствам спиновых стёкол - обширному классу неупорядоченных твёрдых магнетиков (см. Аморфные магнетики).

2567-73.jpg

Рис. 2. Температурные зависимости 2567-74.jpg восприимчивости магнитного коллоида на основе магнетита, керосина и олеиновой кислоты с С=0,2; а - при частоте 2567-75.jpg=5 Гц и амплитудах переменного магнитного поля: 0,03 Э (1); 0,03 Э (2); 3 Э (3); б - при амплитуде 0,03 Э и частотах: 5 Гц (1), 15 Гц (2), 175 Гц (3).

Релаксация намагниченности М (t)неупорядоченных магнетиков, в т. ч. и М. ж., не описывается экспоненциальной зависимостью от времени t с к--л. определ. временем релаксации 2567-76.jpg. В первом приближении Намагниченность релаксирует по закону 2567-77.jpg , где 2567-78.jpg ~0,01 - 1 и зависит от температуры, величины и длительности намагничивания, а также от магн. предыстории, если T<Tg. Поэтому частотные зависимости действительной 2567-79.jpg и мнимой 2567-80.jpg частей комплексной магн. восприимчивости 2567-81.jpg не описываются простыми ф-лами Дебая:2567-82.jpg при2567-83.jpg

В концентрир. М. ж. отношение 2567-84.jpg велико в широком диапазоне частот и слабо зависит от v, составляя ~10-1-10-2 при 2567-85.jpg~1 -1010 Гц даже в суперпарамагн. области температур. В области Т<Тg это отношение вообще не убывает при 2567-86.jpg, по крайней мере до частот ~1 Гц. В связи с этим М. ж. сильно поглощают эл--магн. волны даже при низких по сравнению с2567-87.jpg и 2567-88.jpg частотах, что связано с диполь-дипольным взаимодействием между однодоменными частицами в коллоиде.

В суперпарамагн. области кривая М(Н)намагничивания М. ж. хорошо описывается Ланжевена функцией 2567-89.jpg , где 2567-90.jpg , если учесть распределение частиц по размерам и усреднить по этому распределению. При H<100 Э, когда при комнатных темп-pax 2567-91.jpg, из зависимости2567-92.jpg по наклону кривой М/Н можно определить величину ср. квадрата магн. момента коллоидных частиц. При H>103 Э, когда 2567-93.jpg , можно определить величину ср. магн. момента частиц. Зная спонтанную намагниченность Ms частиц, можно определить их ср. объём 2567-94.jpg, значение к-рого обычно хорошо согласуется с данными электронной микроскопии.

Спонтанная намагниченность магнетика, из к-рого приготовлен коллоид, тоже зависит от температуры, и эта зависимость наиб. заметна вблизи Кюри точки ТC этого магнетика. Нагревая М. ж. выше Тс, можно существенно уменьшить её магн. восприимчивость, что лежит в основе явления термомагн. конвекции. Слои М. ж. с Т<Tс обладают большей магн. восприимчивостью и втягиваются в области с большей напряжённостью магн. поля, вытесняя более нагретые слои (с

Т>Тс). Так возникает термомагн. конвекция, к-рая по интенсивности может во много раз превосходить обычную гравитац. конвекцию, причём величину и направление этой конвекции можно изменять при помощи магн. поля. Термомагн. конвекцию можно использовать для увеличения теплообмена в силовых трансформаторах, применяя М. ж. на основе трансформаторного масла, а также в тепловых машинах (т. н. тепловых насосах), утилизирующих низкопотенц. тепло окружающей среды.

Притяжение М. ж. к магниту используется во мн. устройствах. Сила магн. притяжения, действующая на единичный объём М. ж., равна произведению её намагниченности на градиент магн. поля п направлена вдоль этого градиента. На 1 см3 стандартной М. ж. на основе магнетита с С=0,2 в поле H=3 кЭ при градиенте ~1 кЭ*см-1 действует сила 2567-95.jpg0,05 кГ, т. е. сила, в 50 раз превышающая вес 1 см3 жидкости. Поэтому немагн. тела легко всплывают в М. ж., помещённой в магн. поле с градиентом вдоль направления силы тяжести. Это обстоятельство используют при создании сепараторов цветных металлов и др. немагн. материалов.

На основе М. ж. создают смазки, удерживаемые магн. полем в зоне контакта трущихся поверхностей, герметичные подшипники скольжения, подвижные вакуумные уплотнения, удерживающие перепад давлений в неск. атмосфер. М. ж. применяют в робототехнике, в переключающих устройствах и клапанах, управляемых магн. полем, а также в громкоговорителях для улучшения их амплитудно-частотной характеристики.

В электрич. или магн. полях М. ж. становятся подобными одноосным кристаллам. Они проявляют анизотропию тепло- и электропроводности, вязкости, а также анизотропию оптич. свойств: двулучепреломление, дихроизм, анизотропию рассеяния. Эти эффекты связаны с ориентацией вдоль внеш. магн. поля Н пли электрич. поля Е несферич. коллоидных частиц, а также с их выстраиванием в плотные цепочки, направленные вдоль поля. Характерные значения электрич. и магн. полей, при к-рых становятся существенными ориентац. эффекты, можно оценить, приравнивая электростатич. или магнитостатич. энергии для частицы ср. размера к энергии её теплового движения: 2567-96.jpg или 2567-97.jpg . Отсюда можно получить 2567-98.jpg Э и 2567-99.jpg В*см-1.

Величины электро- и магнитооптич. эффектов в М. ж. на 6 порядков превосходят аналогичные величины в обычных жидкостях, т. к. объём коллоидных частиц в 106 раз превышает объём молекул. В скрещенных электрич. и магн. полях М. ж. подобны двуосному кристаллу, в к-ром оптическую анизотропию можно изменять как по величине, так и по направлению. При определ. соотношении между Н и 22, направленных перпендикулярно друг к другу, наблюдается эффект компенсации оптич. анизотропии. Это происходит при 2567-100.jpg 3*10-3 Э*В-1 см. Эффект компенсации оптич. анизотропии используют для визуализации и измерения электростатич. полей (измеряют компенсирующие магн. поля). Для визуализации магн. полей можно использовать скрещенные поляроиды с помещённым между ними слоем М. ж. Магн. коллоиды используют для визуализации доменных стенок в ферромагнетиках, а также для наблюдения скрытых дефектов в непрозрачных магн. материалах.

Изучаются возможности применения М. ж. в медицине для направленного транспорта лекарств, герметизации повреждённых участков внутр. органов, создания локальной гипертермии и т. д.

Литература по магнитным жидкостями

  1. Шлиомис М. И., Магнитные жидкости, "УФН", 1974, т. 112, с. 427;
  2. Баштовой В. Г., Берковский Б. М., Вислович А. Н., Введение в термомеханику магнитных жидкостей, М., 1985;
  3. Неравновесные процессы в магнитных суспензиях. Сб., под ред. М. И. Шлиомиса, Свердловск, 1986;
  4. Берковский Б. М., Медведев В. Ф., Краков М. С., Магнитные жидкости, М., 1989.

А. А. Минахов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution