С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Еще одна серия экспериментов связана с применением магнитных жидкостей в качестве контрастного средства при рентгеноскопии. Обычно при рентгеноскопнческой диагностике желудочно- кишечного тракта пользуются препаратом в виде кашицы на основе сернокислого бария с присадками. Если же принять во внимание, что ферритовые коллоидные частицы активно поглощают рентгеновские лучи, то уместно говорить об использовании магнитных жидкостей в качестве рентгеноконтрастных веществ для диагностики полостных органов.
Необходимо отметить, что все процедуры в этом случае существенно упрощаются. Наконец, вполне возможно успешное использование магнитных жидкостей и в стоматологической практике, в частности для получения рентгеновских снимков зубов и полости рта. 118 Глава 5 5.3. МИКРОВОЛНОВЫЕ УСТРОЙСТВА Известно, что при диспергироваиии в магнитной жидкости сферических иемагиитиых частиц микрометрического размера, например из полистирола, возникает специфический эффект, сушиость которого состоит в следующем.
Микрометрические размеры иемагиитиых сфер сушествеиио превышают ультрамикроскопические размеры магнитных коллоидиых частиц (0,01 мкм), а потому относительно таких сфер магнитная жидкость вполне может рассматриваться как сплошная одиафаэиая среда, своего рода континуум. Если из магиитиой жидкости с диспергироваииыми в ией иемагнитными сферами изготовить пленки толщиной от нескольких десятков до сотен микрометров и приложить к иим внешнее магнитное поле, то полистирольиые (иапример) сферы выстроятся в строго определенном порядке (рис.
5.5). При приложеиии к пленке внешнего магнитного поля, параллельиого ее поверхности, иемагиитиые сферы начинают притягиваться друг к другу, соедиияясь в агрегаты линейной конфигурации, и в конечном счете образуют ряды цепей, параллельных силовым линиям магнитного поля. Магнитное поле, иаправлеииое перпендикулярно поверхности пленки, вызывает взаимное отталкиваиие иемагиитиых сфер; в результате последние образуют трех- и четырехугольную решетку. Силы отталкивания могут меняться по величине. Так, если иапряжеииость внешнего магнитного поля ниже некоторого предела, то решетка ие образуется, тогда как при повышении этого предела оиа формируется достаточно легко.
Этот процесс весьма сходен с ростом кристаллов, и если припять, что иемагиитиые сферы ведут 1 маачитнок яолс гг Рис. 5.5. Агрегиронание немагннтимх частил в магнитной жидкости при приложении внешнего магнитного поля. ! — пленка магнитной жидкости: 2 — иемагннтная частила. П9 Области примененнв магнитных жидкостей Рис. 5.6. Схема прохожденнк через пленку электромагнитных микронолн, электрический вектор которых параллелен приложенному магнитному полю.
! — электрический вектор микроволи; 2 — частипы нз элсктропроводгвлего немвгнитиого материала; 3 пленка из магнитной жидкости. себя подобно молекулам, то можно проследить их кристаллизацию и декристаллизацию в результате изменения деЖгвующих сил. Иначе говоря, можно использовать рассматриваемое явление для моделирования фазовых переходов ~31. Более детально этот материал излагается в гл. 9. В этом разделе рассматривается практическое использование тех явлений, которые возникают в том случае, когда к пленкам, представляющим собой дисперсию полистнрольных частиц в магнитной жидкости, прикладывается параллельное их поверхности магнитное поле ~41. На поверхность частиц полистирола наносят методом гальванопластики олово или другой металл, после чего диспергируют их в магнитной жидкости.
Из полученной таким способом суспензии формируют пленки, параллельно поверхности которых прикладывают магнитное поле, как показано на рис. 5.5. В результате немагнитные частицы полистирола, покрытые медью, образуют цепи, ориентированные вдоль силовых линий магнитного поля. Затем по нормали к такой пленке пропускают электромагнитные микроволны. Схема эксперимента представлена на рис. 5.6.
Волны, электрический вектор которых параллелен приложенному магнитному полю, полностью поглощаются пленкой. Интерпретация данного эффекта такова. Проникая в пленку из магнитной жидкости, микроволновое излучение наводит в этой жидкости электрическое поле. Благодаря наведенному электрическому полю по электропроводящнм сферам, объединенным в цепи, протекает (в направлении цепей) переменный ток с частотой микроволнового из- 120 Глава 5 ла рислряс ми Рис. 5.7. Схема прохонления через пленку электромагнитных микраволи, электричесхий вектор которых перпенликулярен внешнему магнитному полю. 1 — электрический вектор микроволн; 2 — частицы из электропроволяшего немагнитного материала; 3— пленка из магнитной милкости.
лучения. Это приводит к 'джоулевой диссипации энергии микроволнового излучения, которое, таким образом, полностью поглощается в пленке. Когда электрический вектор волны перпендикулярен приложенному магнитному полю, электрическое поле, наведенное внутри пленки, направлено перпендикулярно магнитному полю (рис. 5.7); вследствие этого в электропроводягцих сферах, выстроенных в цепи по направлению внешнего магнитного поля, переменный ток отсутствует. Следовательно, в данном случае микроволновое излучение свободно проходит через пленку, не поглощаясь в ней.
Таким образом, при приложении к пленке из магнитной жидкости внешнего магнитного поля электромагнитные волны будут поглощаться ею или проходить через нее в зависимости от направления электрического вектора микроволнового излучения — перпендикулярного нли параллельного приложенному полю. Этот эффект может быть использован для получения поляризованных микроволн в поляроидах. Были опубликованы результаты таких экспериментов )4). Они кратко излагаются ниже. На рнс. 5.8 приведена принципиальная схема экспериментальной установки. Микроволновое излучение с длиной волны 3 мм, выходящее из генератора, распространяется в направлении х. Плоскость поляризации излучения (т.
е. плоскость колебаний электрического вектора) содержит ось у. Интенсивность проходящего через магнитожидкостную пленку излучения измеряется и фиксируется приемным устройством. К пленке приложено внешнее магнитное поле, направленное либо по оси у, либо вдоль оси к. В магнитной жидкости диспергированы электропроводяшие сферы диаметром 25 мкм, 121 Области применения магнитных жидкостей гчи»р»0»»» агл»аг а Зни лйс»игднди ят»1»дслгд Рис. 5.В. Схема экспериментальной устаноики для анализа прохождения электромаг- нитного микроаолноиого излучения через пленку из магнитной жидкости.
(5.1) 1ь А = 1п(1»11„). Чем больше абсолютное значение 1э А, тем сильнее различаются величины 1„и 1„. Величина 1„меньше, чем 1„. Наиболее показательные результаты экспериментов представлены на рис. 5.9. Значения — з5 А, отложенные по оси ординат, вычислены по уравнению (5А). Величина с — объемное содержание электропроводяших частиц в магнитной жидкости. Когда внешнее 1Д 1,0 ав ~~ 0,6 1 О,ч 0,2 аэз а1й 0,09 00 гг0 60 Н,Э Рис. 5зн Зааиснмость -дА от магнитного поля Н. покрытые серебром, оловом или аналогичным по свойствам металлом.
Когда магнитное поле направлено по осн у, интенсивность проходяшего излучения обозначают через 1„. Если же поле направлено по оси В, интенсивность обозначают через 1„. Для сравнения интенсивностей излучения в двух случаях вводят величину 122 Глава 5 магнитное поле отсутствует, 1„= 1„; их отношение равно единице, и указанный эффект не возникает. В ненулевом магнитном поле появляется различие между 1„и 1„, которое возрастает с ростом напряженности поля, а в области На40 кА/м параметр -Ь А остается приблизительно постоянным.
В настоящее время нет устройств, предназначенных лля работы в микроволновой области спектра, и потому можно прогнозировать широкое распространение описанных выше суспензий для этих целей. 5.4. МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ КАК КАТАЛИЗАТОРЫ Катализаторами, как известно, принято называть вещества, которые изменяют скорость химических реакций, однако сами не меняются. На самом леле в холе многочисленных элементарных процессов, составляющих в сумме химическую реакцию, катализатор претерпевает сложнейшие изменения и превращается в одно или несколько других веществ, однако в результате заключительного процесса он принимает свою первоначальную форму.
Таким образом, понятие катализатора трактуется именно так, как понимали его еще в старину, когда многие детали химических реакций не были известны. Существует много веществ, способных инициировать химические реакции, но для получения заданного продукта необходимы определенные условия, причем важнейшее из них состоит в том, что реагирующие вещества должны обязательно контактировать. Тот факт, что реакция между газами протекает с высокой скоростью, обусловлен именно возможностью контакта всех молекул в объеме, занимаемом газом. Причина того, что куски железа быстро ржавеют, заключается в действии кислорода воздуха, причем в контакт с ним вступают лишь те атомы железа, которые находятся на поверхности куска.
Следовательно, для ускорения химических реакций необходимо увеличивать поверхность контакта реагентов. Наиболее простой н быстрый способ — возможно более тонкое измельчение веществ, поскольку при одном и том же количестве вещества меньшему диаметру его частиц соответствует ббльшая площадь поверхности. Этот фактор надо учитывать при использовании катализаторов. Именно .юзтому платину, применяемую в качестве катализатора, либо измельчают до микроскопических размеров, либо, если она имеет форму пластинок, создают на них методом специального травления мельчайшие неровности (впадины и выпуклости), кото- Обпасти применении магнитных жилхостея 123 рые существенно увеличивают поверхность пластинок н, следовательно, площадь контакта.
Очевидно, что необходимо достаточно точно знать, до какой степени следует увеличивать общую поверхность частиц катализатора. Вкратце общая методика расчета такова. Рассмотрим куб со стороной 1 см (объемом 1 смз). Очевидно, что площадь его поверхности составляет 6 смз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
