Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Килоамперметр с магниткой жидкостьв в качестие чувстиительного элемента: 1 — проводник", 2 — токоподвон; 8— ,магнитный концентратор; 4 — сте.клянная трубка; 8 — измерительная шкала; 6 — цилиндрическая полость; 7 — магнитная жидкость. Одна из конструкций килоамперметра приведена на рис. 40. Она, основана на явлении, схе- матически изображенном на рис. 20. Килоам пер метр со- стоит из цилиндрического полого проводящего стержня, покрытого слоем магнитного материала, служащего магнитным концентратором. В концентраторе сделан продольный зазор, в котором установлена стеклянная трубка.
В верхней и нижней точках трубка изогнута под прямым углом и герметически введена в полость проводника. Таким образом, трубка и полость образуют систему сообщающихся сосудов. Шкала для отсчета уровня наносится непосредственно на концентратор. Магнитная жидкость вводится во внутреннюю полость проводника в таком количестве, чтобы ее граница установилась против нуля шкалы.
Из теории электричества известно, что при прохождении тока по такому проводнику напряженность магнитного поля внутри его полости будет равна нулю. В зависимости от силы тока, протекающего по проводнику, магнитная жидкость в трубке, находящейся в поле проводника с током, будет подниматься на разную высоту. Расчеты показали, что высота этого подъема пропорциональна квадрату силы тока. Другое применение магнитной жидкости в измерительной технике связано с определением положения твердой поверхности относительно горизонтали (уровнемер). Ампула, ЧИСТИЧНО 3ЯПОЛН6ННЭЯ М ЭГНИТНОЙ ЖИДКОСТЬЮ, окружена системой катушек, образующих дифференциальный трансформаторный датчик. Датчик дает сигнал в зависимости от положения магнитной жидкости в ампуле.
Это устройство позволяет определить уровень объектов, недоступных для визуального наблюдения. ИНФОРМАЦИЯ К РАЗМЫШЛЕНИЮ Вы узнали о различных областях, в которых находят применение магнитные жидкости. Прежде чем дать вам возможность попытаться самим придумать что-нибудь новое, сообщим в краткой форме о других известных предложениях. Начнем с устройства, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую. Ойо состоит из эластичной капсулы, заполненной магнитной жидкостью, с помещенной в нее маленькой катушкой, по которой можно пропускать ток.
Когда ток проходит по катушке, ее магнитное поле перераспределяет жидкость в капсуле, что приводит к искажению ее формы, например в радиальном направлении она растягивается, а в осевом сжимается. Эти устройства найдут широкое применение как искусственные мускулы для протезов. Их преимущество по сравнению с обычно используемыми соленоидами с движущимся сердечником заключается в отсутствии трущихся деталей и увеличении действующей силы при максимальном размахе протеза.
Полная цепь для кварцевых электронных часов может содержать до тысячи транзисторов, и каждый из ннх должен проверяться 246 пять или шесть раз. Чтобы отметить неработающий узел, на него наносят шприцеобразным устройством магнитную жидкость и бракованную деталь извлекают с конвейера устройством с постоянным магнитом. Этот прием позволяет заменить ручную сортировку пинцетом на механическую.
Магнитная жидкость применяется для визуализации микроструктуры ферромагнитных материалов. Тонкий слой жидкости наносится на исследуемый образец и покрывается стеклянной пластиной. В соответствии с распределением магнитного поля над поверхностью микроскопического объекта магнитная жидкость сосредоточивается в областях максимальной напряженности, которые хороша видны в объектив микроскопа.
Для визуализации записи на магнитной ленте применяют магниточувствительные эмульсии с микрон- ными каплями магнитной жидкости, взвешенными в близкой по плотности и не смешивающейся с ними немагнитной жидкости. Распределение таких капель на поверхности ленты под действием магнитного поля записанных на ней сигналов позволяет измерять магнитное поле рассеяния. Другой способ визуализации видеомагнитной записи — фотографирование рельефа, образованного магнитной жидкостьв на пленке. Электрические переключатели без механических узлов изготовлены на основе электро- проводящей жидкости, замыкающей контакты, и более легкои, не смешивающейся с ней магнитной жидкости, которая оттесняет электропроводящую жидкость от контактов по сигналу внешнего электромагнита.
Из процессов, основанных на применении магнитных жидкостей, надо прежде всего упомянуть очистку воды от загрязнения маслом, нефтью и т. п. Вспомните о катастрофах нефтеналивных судов — растительность и животный мир обширных районов моря и суши погибали под действием расплывающейся нефти. В последнее время предложен простой способ собирать нефть с поверхности океана. Над загрязненным участком распыляется магнитная жидкость на основе керосина, которая хорошо растворяется нефтью и не смешивается с морской водой. Тонкая пленка нефти становится магнитной и легко собирается специальным устройством с постоянным магнитом.
Такое переносное устройство массой 88 кг сконструировано для сбора загрязнений вокруг заправочных доков и приснособлений для хранения нефти. Очистка трюмных и балластных вод на кораблях, технической воды в промышленности может быть осуществлена по этому же принципу. Магнитная жидкость, основа которой родственна загрязнениям, добавляется в очищаемую воду, и полученная смесь пропускается через магнитный фильтр, в котором полем задержив;и.вся магнитная соСтавляюаая СмЕСи и свободно проходит вода, пригодная для дальнейшего использования в процессах прокатки, травления н т.
и. Большие надежды возлагают на магнитную жидкость и в газоперерабатывающей промышленности. Новые месторождения нефти обычно. находятся в отдаленных, труднодоступных местах, в которых отсутствуют условия для строительства перерабатывающих заводов. Поэтому попутный нефтяной газ н жно отводить к ближайшим промышленным р йонам. Однако расположены они не так уж близко. Чтобы газ беспрепятственно передвигался по трубам на довольно большие расстояния, необходимо подготовить его к дальней дороге.
Для этого прежде всего следует извлечь из него тяжелую фракцию, которая легко конденсируется и закупоривает трубопровод. Сейчас с этой целью применяют крупногабаритные массообменные аппараты, в которых стекающий по насадкам различной геометрической формы керосин соприкасается со встречной струей газа, «впитывая» тяжелую фракцию.
Производительность этих аппаратов мала, так как с увеличением скорости газа наблюдается срыв стекающих пленок поднимающимся газоВым пОтоком. Чтобы увеличить производительность, нужно было найти способ стабилизировать стекающие пленки. Это можно осуществить с помощью магнитного поля, если жидкость обладает магнитными свойствами. Ранее было показано, что поле для этого направляется по касательной к поверхности раздела жидкости и газа. Выращивание «ежей» на поверхности тоже может оказаться полезным — таким образом увеличивается поверхность контакта между жидкостью и газом, что повышает производительность аппарата.
А сделать магнитную жидкость на основе керосина, как вц знаете, не так уж сложно... В заключение вернемся к проблемам трибоники. Мы уже упоминали о преимуществах магнитной смазки. Назовем обычные способы сохранения смазки в узле трения — установ- 249 ка механических герметизаторов, маслосборников, фитилей, прокачивание или разбрызгивание смазки, обработка поверхностей для предотвращения просачивания смазки и т.
и. Если смазку в зоне контакта удерживать магнитным полем, конструкции узлов трения значительно упростятся. В настоящее время с помощью магнитной смазки проводится конструктивное совершенствование шарниров, вращающихся стержней, шариковых подшипников, зубчатых передач, поршней. Наш рассказ о твердых и жидких магнитах подошел к концу. Успехи, достигнутые учеными и инженерами в познании природы магнетизма и создании новых магнитных материалов,— а мы, разумеется, сумели рассказать далеко не о всех — эти успехи, без сомнения, впечатляют. Однако нам меньше всего хотелось, чтобы у читателя возникла иллюзия завершенности исследований в этой области. Как и всегда в науке, решение одних проблем порождает десятки новых, открытие не только отвечает на вопросы, но и задает их, количество задач нарастает лавинообразно, и этой лавине не видно конца.
Одной из интереснейших проблем магнетизма, не имеющей пока достаточно строгого решения, является существование точки Кюри — температуры, выше которой магнит внезапно утрачивает свои свойства. Физики установили, что у этого явления имеются «близнецы». Это так называемые фазовые переходы второго рода. К ним относятся, в частности, переходы в сегнетоэлектриках — материалах, удивительно напоминающих ферромагнетики, но в отличие от них приобретающих не магнит- 250 ный, а электрический момент и не в магнитном, а в электрическом поле (по-английски они даже называются 1еггое!ес1псв — «ферроэлектрикиэ) .
Много общего обнаруживают ферромагнетики вблизи точки Кюри и с поведением жидкостей в окрестности критической точки жидкость— пар (это точка, выше которой утрачивается различие между жидкостью и паром). Мы ничего не сказали о явлении магнитного резонанса — способности магнитных материалов особым образом откликаться на переменное магнитное поле определенной частоты. Этот метод, связанный с магнитными свойствами вещества, служит мощным инструментом исследования характеристик вещества, с магнитными свойствами никак не связанных.
Ничего не было сказано и о редкоземельных элементах, в которых магнитные моменты расположены удивительным образом: эти металлы в магнитном отношении как бы разбиты на слои, причем в пределах одного слоя все магнитные моменты параллельны друг другу и лежат в плоскости слоя. В соседнем слое картина такая же, но направление магнитных моментов уже несколько иное, чем в предыдущем. В результате от слоя к слою вектор намагниченности слегка поворачивается, как бы накручиваясь по спирали. Такие спиральные структуры обнаруживают массу интересных свойств при помещении в магнитное поле. И, конечно, не надо забывать о том, что всякие новые физические свойства влекут за собой и новые приложения, связанные с практическим использованием магнитных материалов. Глубокое проникновение в тайны магнетизма, выяснение причин, вызывающих это удиви- тельное явление; позволило человеку, опираясь на разнообразие предоставленных природой элементов„создать материалы, которых в природе не существовало.
В этом творческом про- цессе объединяют свои усилия физики, химики, металловеды и металлурги. Создание новых магнитных материалов — дело далеко еще не законченное. Это относится в равной степени как к твердым, так и к жидким магнитным веществам. Физические и химические исследования, раскрывая новые закономерности в формировании магнитных структур и материалов, дают в руки технологов новые рецепты приготовления сплавов и жидкостей с требуемыми магнитными свойствами. В свою очередь поиски технологов выдвигают перед исследователями новые нерешенные задачи. Теория, эксперимент .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
