Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это свидетельствует о том, что с увеличением поля происходит сдвиг реалн- 13 Зав. 9307 193 зующнхся на поверхности возмущеннй в сто. рону более длинных волн. Начиная с некоторо го критического значения поля, длины волн Опасных возмущений превышают длнну сло, и Он становится абсолютно устойчивым Представьте себе реальный аппарат со стекающей магниткой жидкостью, скажем, пленочный массообменный аппарат, который предназначается для интенсификации массообмена между газом и жидкостью в некоторых технологических процессах.
Поскольку длина стекающей пленки определяется высотой аппарата, то практически важно увеличить длину опасных возмущений настолько, чтобы они превышали зту высоту. Тогда течение в аппарате будет устойчивым относительно рассмотренных выше возмущений, что и соответствует наиболее благоприятному режиму работы. Существуют н более тонкие ухищрения, позволяющие повысить устойчивость процессов, но суть их одна: не дать развнться опасным возмущенням.
Подведем итоги нашего рассказа о свободной поверхности магнитной жидкости. Неоднородное магнитное поле, растущее внутрь жидкости, н поле, тангенциальное к поверхности раздела, увеличивают устойчивость свободной поверхности. Два других поля: однородное нормальное к поверхности раздела н неоднородное, увеличивающееся по направлению из жидкости, уменьшают устойчивость поверхности.
Действие последней конфигурации поля не требует специальных пояснений, так как ясно, что жидкость будет «стремиться» к сильному полю н понижать устойчивость своей свободной поверхности. В РЕПЕРТУАР ИЛЛЮЗИОНИСТА Все вы, конечно, посещали представления иллюзионистов и с удивлением следили за чудесами на манеже. Вот что пишет Ю. Никулин в своей книге «Почти серьезно...» об аттракционе Э. Кио: иГлаза его иронически поблескивали сквозь очки.
Всем своим видом он как бы говорил: иВ общем-то, все, что вы увидите, конечно, обман, но попробуйте догадаться, в чем он. Я хочу вас поразить. Да, мне это ничего не стоит сделатьэ. Трюки знаменитого иллюзиониста были построены на системе отвлечений, ловкости рук и аппаратуре. Мы тоже хотели бы вас поразить, не прибегая, правда, к ловкости рук, а используя лишь аппаратуру: ведь нам нужно создать магнитное поле. Итак, зал погружается в темноту. Играет оркестр. Цветные прожекторы высвечивают электромагнит, создающий вертикальное однородное поле. Между полюсами магнита на горизонтальной твердой поверхности лежит...
капля магнитной жидкости. С ростом напряженности поля капля вытягивается вдоль силовых линии поля и принимает форму конусообразного пика, симметричного относительно вертикальной оси. Высота пика постепенно увеличивается, а его 195 поперечный радиус меньиаетая. Внимание! барабанная дробь! апля неожиданно начи. йает раздвигаться, распадаясь на двв примерно одииаиовые части, расположенные на нвио.
тором расстоянии друг от друга. Серия фото. графий, представленных на рис, 28, иллвст ирует этот процесс. Ка иаждой фотогра ии изображены две проекции капли, нижняя из которых — вид сверху. Ка первой фотографии ~ар зз. Рзарзд капли изгнзтзаа жил~асти з вертикальною ащораюае магййтй©м й©де. показана капля в магнитном поле с напряженностью 0=8 е !Р' А/м, которое не вызывает стремления отдельных ее частей стать самостоятельным конусом.
Ка следующих фотографиях напРяженность поля составляла И= =8,6 е ! О А/и, и состояние капли с интервалом времени 10с запечатлено на снимках. Сначала в основании капли образуется углубление, которое постепенно распространяется по всей высоте капли. Ка последней фотографии мы видим конечный результат ~магического» действия поля — образование двух отдельных устойчивых во времени конусов мвныпего размера, иоторые отодвинулись друг от друга. Черний илейф, соединявиий ионусы на виде сверху,— всего лйиь след, оставляемый на твердо1 подложке раздвигающимися ча.
СТЯМИ Нв чем основан описанный афокусэг Прежде всегр, койечйо, йа еоотйошейии потенциальных энергий двух состояний магнитной жидкости, Минумум потенциальной энергии объема (в опыте он соатавлял О,ЭВ см') магнит. ной жидкости, подвергнутого действию магнит. ного коля, достигался, когда этот объем на. ходился в раздробленном состоянии, Проанализируем силы, действующие на капли в вертикальном поле критической вели.
чины, Поле вытягивает каплю вдоль верти. кально1'оси, уменьшая площадь ее основания. Мы уже упоминали о явлениях иа границе жидкбсти с твердым телом Если капля жид кости лежит иа твердо1 поверхности, то фор. МИ 66 361ИСИТ ОТ ТОРО~ 6М®ЧИЭ®ФТ ИЛИ НФ СМ® чивиет жидкость материал поверхности. Угол, образованный касательной к поверхности жид. кости (со стороны жидкости) в той точке, где жидкость граничит с твердым телом, называют краевым углем. Когда угол острый, то говорят, что жидкость смачивает тело, когда он ту.
кой,— не смачивает. Оказалось, что для сма. чивавщих твердув поверхность магнитных жндкосте1 время распада капли значительно превышало в емя распада для несмачивавиих жидкостей. о.видимому, сила поверхностного натяжения, действующая по периметру капли и равная произведению коэффициента поверх. ностного натяжения на периметр основания капли (/-а ЯпЯ), выше для смачивавщей жидкости. Поэтому и время распада капли такой жидкости при достижении критического поля больше. И последни1 совет иллюзионисту: кап- 197 ли нельзя брать слишком мелкими, поле как бы не «замечает» их.
Например, для капель жидкости в описанном «фокусе», по объему меньших 0,25 смз, дробление вообще не наблюдалось. Поэтому не жалейте жидкости на премьере ! А теперь займемся «фокусами» с нестационарным магнитным полем. Мы однажды обращались к нестационарному полю, чтобы сконструировать игрушку для вундеркиндов. Оно было постоянно по величине и вращалось в пространстве с некоторой угловой скоростью.
Рассмотрим другую разновидность переменного во времени поля, которое можно описать синусоидальным законом, учитывая, что направление поля не меняется, напряженность его одинакова в некотором объеме и периодически изменяется во времени. Постараемся, чтобы эти колебания поля происходили отдельными всплесками, расстояние между которыми и составляет длину волны изменения напряженности. Поместим в этот объем каплю магнитной жидкости и уравновесим силу тяжести уже известным способом (см. рис.
24, 1). Нам уже известно, что в однородном поле капля Вытя~ивается ~дол~ силовы~ линий, а при его выключении поверхностные силы вынуждают ее снова принять форму сферы. На каплю опять действуют магнитная и поверхностная силы, только теперь они периодически чередуются во времени. Чтобы описанный далее процесс распада капли был более понятным, напомним, что совпадение частоты вынуждающей силы и собственной частоты системы приводит к резкому увеличению амплитуды изменяющейся харак- 198 теристнкн системы. Зто явление называется резонансом. Оно применимо и к нашей капле.
Когда вытянутая капля возвращается к сферической форме, по ее свободной поверхности распространяются возмущения в виде поверхностных волн. Частоты этих возмущений отличаются друг от друга на конечную величину (физики говорят в таких случаях про дискретный спектр частот). Зто и есть собственные частоты «взвешенной», т.
е. свободно плавающей капли магнитной жидкости. Вынуждающей силой служит магннтное поле, которое с определенной частотой деформирует ее поверхность. Все условия для возникновения резонанса есть. И он наступает, когда частота колебаний внешней вынуждающей силы— МЗГНИТЯОГО ПОЛЯ вЂ” СОВЙЭДЗЮТ С ОДНОЙ ИЗ СОбственных частот колебаний поверхности. При этом амплитуда колебаний возрастает настолько, что капля распадается на части, число которых увеличивается с ростом частоты поля. Этот процесс называют резонансным распадом КЭЙЛ И.
На рис. 29 приведена кинограмма, на которой запечатлены два режима резонансного распада в переменном магнитном поле. По вертякали рядом с каждым режимом нарисованы соответствующие зависимости напряженности поля от времени. На самом верхнем кадре мы видим в обоих случаях три капли, на которые распадается первичная капля после начального всплеска поля (вытягивание капли в эллипсоид) и последующего снижения напряженности до нуля. Это дробление происходит под действнем поверхностных снл, как н в тонкой струйке обычной воды, вытекающей из крана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
