Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Вас. 19. Кинограмма резонансного распада капли магнит. ной жидкости в переменном магнитном поле. Иэ кинограммы хорошо видно, что один режим распада происходит за два периода (2Т) изме. ненни внешней силы (рис. 29, а), а второй— за один период (рис. 29, 6). В первом режиме три вторичные капли с ростом напряженности сливаются в одну, вытянутув вдоль поля.
За. тем при уменьшении поля до нуля капля сжи. мается и в момент времени 1 = Т принимает форму, блиэкув к сферической. В нулевом поле по инерции капля продолжает сжиматься, и к началу следующего всплеска напряженности она имеет вид эллипсоида, у которого длинная ось уже перпендикулярна к полю. Своеобразная форма образуется на участке второго увеличения поля до максимальной величины (шестой кадр сверху): сжимающаяся капля начинает «чувствовать» магнитное поле, стремящееся растянуть ее. Как только поле достигает максимальной напряженности, что соответствует времени ~ = 3/2Т, капля вытягивается вдоль поля до максимальной длины, и в конце второго периода вновь происходит дробление капли на три части. Во втором режиме три вторичные капли сливаются в одну вытянутув вдоль поля эа время Т/4.
При последующем уменьшении напряженности поля от максимального значения до нуля капля распадается на три части, которые к концу первого периода изменения поля имеют вид трех вторичных капель. На вопрос, в чем причина существования двух предельйых режимов дробления капли, пока ответа нет. В описанном эксперименте амплитуда колебаний напряженности магнитного поля изменялась от О до 80 ° !О' А/м. При небольших амплитудах наблюдался пер201 вый режим, в области максимальных амплитуд — второй. Когда задавалась промежуточная амплитуда напряженности, то дробление капли состояло из комбинации этих предельных режимов.
Так что амплитуда поля может оказаться важнейшим инструментом в руках ИЛЛ$ОЗИОКИСТОВ, ОСЛИ ОКИ ЗЗХОТЯТ КЭСЫТИТЬ свой аттракцион эффектными физическими фокусами для пропаганды среди зрителей увлекательного процесса познания загадок, созданных природой. СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ЗОЛОТОИСКАТЕЛЕЙ В предыдущей главе речь шла о новом маг. нитном материале, обладающем свойствами жидкого магнетика, способах его получения и некоторых удивительных вещах, происходя. щих с ним в магнитных полях. Как часто слу. чается, объединение (пусть искусственное) двух независимых качеств (жидкости и магии. та) в одном материале открыло новые области его применения, о которых поначалу трудно было догадаться.
В период создания магнит. ных жидкостей специалистам в различных от. раслях техники ничего не было известно о новом материале. Поэтому практические при. ложения ограничивались интересами и эруди. цией не очень широкого круга посвященных в дело людей. Как только сведения об успехах в создании жидких магнитных материалов ста. ли поступать в научную и популярную лите. ратуру, предложения об их использовании по.
сыпались со всех сторон. О некоторых из них мы сейчас расскажем. Но может случиться и такое: если вы склонны к придумыванию новых конструкций, улучшающих свойства из. вестных механизмов, то вы своими предложе. нинин поможете расширить область примене. ния магнитных жидкостей. Представьте себе героя рассказов Джека Лондона, посвященных «золотой лихорадке» на Аляске, который, прослышав об очередном открытии мест, богатых драгоценным песком, прежде чем тронуться в путь, торопливо бросает на нарты бидон с жидкостью темного цвета, В вещевом мешке вместе со спичками лежит авве нутый в мягкую тряпку керамический магнит.
ы уже догадались, что берет с собой отважный любитель опасйостей и желтого металла1 Да, это примитивный магнитожидкостный сепаратор (сепараторами называют устройства для разделения смеси материалов, плотность которых неодинакова). Не думаем, что рассказы Лондона приобрели бы новое авучанне от втой технической новинки, но вот длительный процесс промывки вемляных проб золотоискателем сократился бы до одной операции. Возможность просто разделять немагнитные материалы равной плотности представляет интерес не только для искателей таких редких материалов, как золото или алмазы, но и для людей, связанных с обогащением руды и угля, рааделением автомобильного и индустриального лома.
Какие атрибуты необходимы, чтобы реализовать эту вовможность1 Конечно, нужна сама магнитная жидкость и электромагнит со специальным профилем полюсных наконечников, в межполюсном пространстве которого магнитное поле по вертикальной координате имеет постоянный градиент.
Тогда, поместив в поле заполненный жидкостью сосуд и изменяя ток питания электромагнита, можно заставить поочередно всплывать материалы равной плотности, которые в отсут- 205 стане поля вместе лежали на дне сосуда (их плотность выше плотности жидкости). Вначале это предложение встретило ряд возражений. Самое главное состояло в том, что магнитной жидкости для таких масштабных мероприятий, как обогащение руды или угля, требовалось много, а ее производство в то время стоило дорого. Затем специалисты разработали и освоили методы синтеза, при которых стоимость конечного продукта практически равнялась сумме стоимостей отдельных компонентов. Магнитные жидкости на водной основе стали тем материалом, с помощью которого удалось сконструировать установки для непрерывного процесса разделения любых известных немагнитных материалов. Подобная сепарационная техника уже применялась ранее, только в качестве взвешивающих сред использовались некоторые тяжелые жидкости (например, водный раствор иодистого метилена).
В этом отношении магнитные жидкости оказались предпочтительнее, так как они значительно расширяли диапазон плотностей разделяемых материалов и в отличие от большинства применявшихся взвешивающих сред были совсем нетоксичны. В настоящее время сконструированы системы для непрерывного выделения из автомобильного и злектромашинного лома алюминиевых, медных и цинковых деталей. В магнитожидкостном сепараторе, который разработан для обогащения ископаемых руд, пустая порода перемещается в горизонтальном направлении магнитной силой. При совместном действии магнитной и вертикальной гравитационной сил частицы разной плотности дви- жутся по различным траекториям. В этих системах имеется также оборудование для очистки от жидкости сепарированного материала и восстановления использованной магнитной жидкости для дальнейшего процесса. А как же флотация руд специальными массами, о которой было сказано столько хороших слов? Опыт такого Обогащения тоже пригодился при работе с магнитными жидкостями.
ТОлькО теперь дополнительно к слою поверхностно-активного вещества, адсорбированного на определенных компонентах смеси немагнитных материалов, наносят тонкий слой магнитной жидкости, имеющей сродство к данному поверхностно-активному веществу. Каждая такая твердая частица оказывается заключенной в магнитную оболочку и' легко поддается магнитной сепарации. Понятно, что магнитной жидкости для этого процесса требуется минимальное количество. На таком принципе основано выделение угольной мелочи из вольной породы. Вернемся снова к страницам, на которых описаны особенности течения магнитной жидкости.
Из уравнении Бернулли для магнитной жидкости видно, что в жидкости, заполняющей резервуар высотой Й, можно полностью (или частично) компенсировать силу тяжести магнитной силой, если направить их друг другу навстречу. Это означает, что каждый малый объем жидкости ~чувствует» себя так, как будто он находится на борту космического аппарата.
Следовательно, находясь на Земле, мы сможем имитировать поведение объемов жидкости (например, в топливных баках) в условиях слабых перегрузок, ха- 207 рактерных для космического полета. Такая ВОзмбжнОсть н6 заинт6ресу6т золотоискател6й, но может оказаться полезной в современной большой программе освоения космического пространства, ВРАЩАЙТЕЬ БЕЗ КАСАНИЙ Остановимся ненадолго на процессе трения твердых поверхностей при их относительном движении. Казалось бы, что нового можно сообщить о силе трения, работа по преодолению которой полностью переходит в тепло, Но мы хотим обратить внимание на колоссальные потери потенциальной мощности в современном механизированном мире на преодоление трения в той или иной форме, Авто книги «Основы и применение трибоники» есмонд Мур считает, что применение трущихся поверхностей в технических устройствах приводит к расходованию до 1/3 мировых знергетических ресурсов.
Слово «трибоника» вам, вероятно, приходилось слышать не часто. Так называют новую научно-техническую дисциплину, изучающую взаимодействие поверхностей деталей машин при их движении друг относительно друга (66 название происходит от греческого слова трибос, что означает трение). Цель ис- 208 следований по трибонике — уменьшить до минимума ненужные потери всюду, где имеются трущиеся поверхности. Области применения трибоники простираются от автомобильной и аэрокосмической промышленности до биомеханики, в частности смазки суставов человека.
Давно известно, что для уменьшения величины сил трения между двумя деталями их поверхности скольжения должны быть смазаны: еще египтяне и римляне смазывали жиром ступицы и оси колес повозок. В первых авиационных моторах применяли касторовое масло, а спермацетовое масло широко использовали часовщики. Так как присутствие между двумя движущимися шероховатыми поверхностями жидкой пленки приводит к существенному снижению коэффициента трения, то теория смазки составляет важнейший раздел трибоники. Мы расскажем о применении магнитных жидкостей в радиальных подшипниках, которые, пожалуй, распространены наиболее широко. Они состоят из неподвижной втулки (подшипник), содержащей быстро вращающийся шип (вал). Пространство между ними заполнено смазкой, и на вал действует радиальная нагрузка (например, его вес). В режиме нормальной работы вал расположен эксцентрично по отношению к подшипнику, а течение смазки, увлекаемой валом, в переменном по толщине зазоре создает гидродинамическое давление, достаточное для уравновешивания нагрузки.
Основное условие нормальной работы гидродинамического подшипника — предотвращение касаний вала и втулки, приводящих к заметному износу твердых поверхностей. А как быть во время пуска и останова !4 Звк. 2307 209 машииыг Ведь поддерживающая сила появляется, когда вал вращается. Значит, иеобходимо иметь еще один мехаиизм, создающий поддерживающую вал силу и без его вращеиия. В магнитной жидкости такой механизм иам хорошо известеи — это неоднородное магнитное поле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
