С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В данной главе приводятся примеры применения магнитных жидкостей, основанного на их микро- структуре. Вначале в краткой форме описываются магнитоойтические эффекты в магнитных жидкостях, а затем — их использование. Подробное описание оптических свойств приводится в гл. 10. 4.!.МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ Применение магнитных жидкостей с момента их изобретения в основном определялось их высокой намагниченностью и текучестью. Однако в последнее время происходит быстрое развитие новой области применения магнитных жидкостей, связанной с магнитооптическими эффектами, которые были обнаружены в магнитных жидкостях несколько лет назад 1Ц.
Магнитооптические эффекты возникают при прохождении света через тонкий слой магнитной жидкости при наложении магнитного поля. Эти эффекты могут найти разнообразное практическое применение в датчиках магнитного поля, оптоэлектронных элементах и т. п. На рис. 4.1а показана экспериментальная установка для демонстрации таких эффектов ~2, 3). Проводились эксперименты для выяснения условий прскождения света в зависимости от наличия или отсутствия магнитного поля, которое воздействует на тонкий слой магнитной жидкости при приближении к нему постоянного магнита. Из фотографий на рис. 4.16 и Глава 4 1ОО Рнс. 4.1а.
Экспериментальная установка для демонстрадии магннтооптнчесжж зффектон в магнитнык жидкостях. 1 — лампа писаного света; 2 — поляритатор; 3 — тонкий слой магнитной жидкости; 4 — аиализатор; 5 — фотоаппарат,' 6 — пилиидрическнй магнит.
Рис. 4.1б. Снимок, сделанный в отсугст- Рис. 4,1а. Снимок, сделанный ори налеаие магнитного поля. чы магнитного поля. Ю1 МагизпООлз'нчсский эффект у Ндгмииногпаде Н Рис. 4.2. Два вида коэебаннй электрического вектора световой волны, лроколншей через тонкую пленку магнитной аппзкости. 1 — электрические векторы световой волны; 2 — тонкая пленка магнитной исидизстн; 3 — разность фаз ВЛ/2 к. 4.1в ясно, что при наложении мапзитного поля свет проходит через мапгитную жидкость и получается изображение лампы дневного света, а в отсутствие магнитного поля свет не проходит. Налитая в стеклянную емкость магнитная жидкость непрозрачна и имеет черный цвет, однако при толщине пленки несколько лесятков микрометров способна пропускать свет. При воздействии магнитного поля на такую пленку возникает явление двойного лучепреломления.
Этот зффект в магнитной жидкости проявляется в 10' — 10' раз сильнее, чем в ннтробензоле, который характеризУется высокой оптической активностью по сравнению с другими жуць костями. Начнем с зтого зффекта. Как показано на рис. 4.2, распространяющийся вдоль направления х линейно-поляризованный свет можно разложить на две волны, у которых колебания составляющих вектора напряженности злектрнческого поля Е происходят по осям у и г. Предположим теперь, что зти две волны проходят в направлении х по нормали к тонкой пленке магнитной жидкости и что к вдоль оси у приложено магнитное поле.
Обе волны в ваку- ,е распространяются в направлении х с одинаковой скоростью, однако внутри магнитной жидкости скорости зтих волн (обыкновенной и необыкновенной) различаются и из пленки они выходят с разными фазами (рис. 4.2). Разность фаз д межлу обыкновенным и необыкновенным лучами является функцией напряженности приложенного магнитного 102 Глава 4 поля Н. При Н = 0 разность фаз д = О, а при увеличении Н происходит увеличение д. Причины этого явления еще полностью ие установлены, однако качественно оно может быть пояснено следующим образом. На рис. 4.3 схематически изображено расположение сферических магнитных коллондных частиц внутри тонкой пленки магнитной жидкости в отсутствие и при наличии внешнего магнитного поля.
Когда магнитное поле отсутствует, отдельные коллоидные частицы,. подверженные броуновскому движению, расположены беспорядочно. При наложении магнитного поля происходит объединение нескольких коллоидных частиц в небольшие агрегаты. Поскольку эти агрегаты вытянуты вдоль магнитного поля, коэффициент электрической поляризации также зависит от направления„так как происходит упорядочение направлений отдельных электрических диполей.
При размерах коллонлных частиц около 100 А и длине волны видимого света около 6000 А диэлектрическая проницаемость, зависящая ог поляризации диэлектрика, усредняется в единичном объеме жидкости, содержащем несколько сотен таких агрегатов. Вследствие'этого электрическое поле световой волны действует на жидкость так же, как на анизотропный диэлектрик.
Другими словами, относительная диэлектрическая проницаемость е„по оси у 1рис. 4.3) не равна диэлектрической проницаемости е, по оси г. Поскольку абсолютный показатель преломления приближенно пропорционален квадратному корню из относительной диэлектрической проницаемости, то линейно-поляризованные световые волны, пло- Рис. 4.3.
Поведение магнитных коллоилных частиц в тонкой пленке магнитной велкости. а — йез внешнего магнитного поля; о — при наличии внешнего магнитного паля. 1 — магнитные коллоилиые частника 2 — тонкая шинка магнипшй яоцшости; 3 — агрегаты частяп. Магннтооптическнн зваект скости колебаний в которых проходят через оси у и е, имеют разные показатели преломления. Это обстоятельство в основном объясняет явление двойного лучепреломлеиия в тонкой пленке магнитной жидкости, находящейся в магнитном поле. Кроме того, две световые волны с колебаниями по осям у и л имеют также разные коэффициенты поглощения.
4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ТОНКОЙ ПЛЕНКЕ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ Для экспериментального исследования магнитооптического эффекта в тонкой пленке магнитной жидкости использовалась экспериментальная установка, показанная на рис. 4.4. Свет источника с помощью поляризатора преобразовывался н линейно-поляризованный свет, плоскость поляризацяи которого образует с осью у угол 45'.
Это соответствует представленному на рис. 4.2 случаю, когда падакнцую на пленку магнитной жидкости полну можно рассматривать как суперпозицию двух волн, имеющих одинаковую фазу. Рис. 4.4. установка ллк нсслелования магнитного лвовного лучепрсломлення в тонких слоях магнитньп жицкостен. 1 — источяик света: 2 — плотность поляризации; 3 — поларюатор; 4 — источник питания; 5 — злектромапцгт; 6 — пленка магнитной жалкости; 7 — направление распространения снега;  — плоскость поляризации; у — анализатор; 2Š— а оприем и. Глава 4 Рнс.4.5.
Зависимость амплитуды колебаний вектора Е в поллрнзованноя световой вол- неотразностифазВ.а — В = О(Н = О);6 — Вмало[Нмало);е — Ввелико(Нвелико). Затем линейно-поляризованный сает с наклоном плоскости поляризации 45' проходил через пленку магнитной жидкости.
Предуслзатривалась также возможность создании с помощью электромагнита магнитного поля вдоль оси у, которое накладывалось на пленку магнитной жидкости. Как отмечалось выше, при прохождении лучом света слоя магнитной жидкости в магнитном поле происходит лвойное лучепреломленне, т. е. и нем распространяются две волны с разностью фаз д. Вышелшая из слоя результирующая световая волна эллиптнчески поляризована, так что ее электрический вектор Е описывает эллипс. Форма эллипса зависит от разности фаз В: пря д = О свет остается линейно-поляризованным, а при д = н./2 получается окружность (рис. 4.5).
Если плоскость поляризации анализатора образует угол 90' с плоскостью поляризации поляризатора„ то анализатор пропускает свет с эллиптической поляризацией, содержащий электрические колебания в направлении Т(/(рнс. 4.5). Поскольку интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора, та из анализатора выходит свет, интенсивность которого пропорциональна квадрату Т(/. Другими словами, при д = О свет не проходит через анализатор, а при д = зг/2 и)(тенсивность проходящего света максимальна.
При проведении йспериментов интенсивность проходящего света измерялась с помощью фотоэлемента. Так как зависимость между разностью фаз 6 и интенсивностью прохолящего света приближенно может быть выражена как вшз (() /2) (4Л) то разность фаз 6 может быть найдена путем измерения интенсив- ности проходящего света 1. 105 магнитооптический аффект 1,0 Рис. 4аа Зависимость разности фат к от напркменности внешнею магнитного полк Н, Топшина иаеики 12 мкм. Й 0,5 чу 0 0 50 100 и, ка/и На рис. 4.6 показана зависимость разносги гфаз д от напряженности магнитного поля Н. Отметим, что при такфй же толщине пленки нитробензола, который проявляет наиболее сильное двойное лучепреломление по сравнению с другими веществами, разность фаз составляет д = 1,63.
1О а рад, в то время как в пленке магнитной жидкости при напряженности магнитного поля Н = 82,8 кА/и появляется разность фаз д = 0,756 рад (рис. 4.6). Отсюда следует, что двойное лучепрелолгление в тонкой пленке магнитной жидкости на несколько порядков сильнее, чем в обычных веществах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
