С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ст. = !4,7 фунт/кв.дюйм =,!013 мбар Длина Сила Элер~на Мошность Давление 1 Па с = 10пуаз = !ОООсаитнпуаз Вязкость Динамическая вязкость Температура 1 Н.мз/с = !04Ст (стоке) /'С (по Цельсию) = (273,15+ /) К (по Кельвину) Например, 296,15 К = 25'С Напряженность магнитного поля 1 А/м (ампер на метр или ампер-виток на метр) = 0,01 26 Э (эрстед) 1 кА/м = 12,6Э 1МА/м = 12,6кЭ Магнитная индукиия 1 Т (тесла) = 1 Вб/мз(вебер/кв.метр) = 104Гс (гаусс) 1Т. = 796Гс Намагниченность Примечание. В системе единиц МКСА единицей индукции магнитного поля и намагниченности является тесла, в системе еднницСГС— гаусс этн величинь~ также измеряются олной единицей (гаусс), однако в системе единиц МКСА взаимосвязь между напряженностью магнитного поля Н, индукцией В и намагниченностью М определяется как В = и И + М (к — магнитная проницаемость вакуума 1,26 10 ~Гн/м), а в системе единиц СГС вЂ” гаусс как В = Н+4к М: поэтому коэффициенты пересчета индукции магнитного поля и намагниченности отличаются в4т = 12„6 раз.
Глава 1 Структура и свойства магнитных жидкостВЙ 1.1. СТРУКТУРА Магнитная жидкость — это прежде всего, конечно, жидкость, которая, сохраняя все свойства жидкости, ооладает еще и способностью очень сильно взаимолействовать с ма~нитным полем подобно железу н никелю. Более узкая характеристика магнитной жидкостн— коллонлный раствор, который получазот диспергированием в воде, органической жидкости или в другой жидкой среле ма~нитных частил ультрамикроскопического размера, покрытых поверхностно- активным веществом (ПАВ), необходимым лля стабилизации лисперсной системы. Величина подобной частицы — порядка !О э Л (1Л = 1О 'мм). Чтобы создалось конкретное представление о размерах коллоидных частиц, используемых в магнитных жидкостях, целесообразно сопоставить их с размерами некоторых других прелметов, начиная, например, с обычной сигареты (рис.
1.1). Ее диаметр составляет около 7 мм, у человеческого же волоса он не превышает 50мкм (1 мкм = = 1О-' мм). Таким образом. диаметр волоса не достигает даже 1У!00 диаметра сигареты. Валее, длина волны видимого света составляет, как известно, около 0„5 мкм, т. е. около 1/100 днаметра человеческого волоса, тогда как размер вируса гриппа с лределяегся величиной порядка О,! мкм. Величина рассматриваемых коллоилных частиц магнитной жидкости составляет около 0,0! мкм, т.
е. 100 Л, или, иначе говоря, около 1/10 размера вируса. Наконец, примерно 1:100 размера такой коллоидной частицы соответсзвуст величине молекулы воды или другой жидкости. Таким образом, если говорить о магнитной жидкости как о взвеси коллоилиых частиц в жидкой основе, то, поскольку эти частицы лишь в !00 раз, не более, превышают по размерам молекулы последней, вполне правомерно рассматривать подобного рода систему как псевдоолнородную смесь. Глава 1 Умн .
а 0„05 ми $0 наы Ю О О ОО О О Я О О юаА Рис. 1Л. Сравнение размеров магнитных коллоидлых частиц магнитной мидкости с ве личинами иекоторых других объектов. а — сигарета; Š— человеческий волос; в — длииг волны видимого сыта; г — магнитные коллоидлые частицы в магнитной жидкости д — вирус гриппа. С уменьшением размера ферромагнитных частиц до критическогс значения они становятся однодоменными; при этом каждая частица намагничена до насыщения. Однако здесь вступает в действие важ. нейший фактор; он состоит в следующем.
Если ограничиться лиши простым диспергированием ультрамикроскопическнх частиц в жид. кой среде, то под действием магнитного притяжения одинаковые ча спщы будут достаточно быстро сближаться, произойдет их слила. ние и последующее осажцение в поле силы тяжести. Во избежание этого частицы покрывают слоем ПАВ, благодарю чему нн одна из них не может приблизиться к другой на расстояние, меньшее некоторого минимума; иначе говоря, между частицами маг.
нитной жидкости всегда сохраняется определенный интервал. Мо. дель такой системы представлена на рис. 1.2, Структура и свойства магнитных жидкостей рис. 1.7. Модель структуры магнитной жидкости. 1 — магнитная коллоиднвв частица; к — молекула ПАВ. Ввиду указанного соотношения размеров магнитных частиц и молекул жидкой основы (приблизительно 100: 1) частицы непрерывно подвергаются хаотическим ударам этих молекул и благодаря этому находятся в состоянии броуновского движения, которое препятствует их седиментацни. Совокупное действие ПАВ и броуновского движения обусловливает исключительно высокую стабильность рассматриваемой дисперсной системы, т.
е. магнитной жидкости. Когда магнитную жидкость помешают в магнитное поле с градиентом напряженности, частицы испытывают воздействие магнитной силы, направленной в сторону большей напряженности поля. В процессебеспорядочных соударений смолекулами жидкой основы частицы передают последним это воздействие, и в конечном счете происхолит соответствуюшее перемс~ .еггис молекул жилкой основы. Именно благодаря описанному механизму магнитные жидкосги, подобно железу или никелю, весьма сильно притягиваются магнитом. Следует подчеркнуть, что этим отнюдь не исчерпываются специФические особенности магнитных жидкостей. Уже отмечалось, что онн представляют собой своеобразные коллондные системы с магнитными частицами, а отсюда — магнитооптические эффекты н широкая гамма магнитных взаимодействий.
1.2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ЭКСКУРС Термин «магннтные жидкости» был предложен Пейлеллом [Ц из Национального управления воздухоплавания и астронавтики (НАСА, США) в середине 1960-х годов; впоследствии он прочно вошел в миро- га вую практику. Именно в то время Соединенные Штаты Амер~ приласкали грандиозные усилия для реализации проекта «Аполлонь с первым в истории полетом человека на Луну. В ходе работ по этому проекту специалистам из НАСА пришлось осуществить широкий комплекс исследований„связанных, во-первых, с созданием абсолют. но надежных герметнзаторов между подвижными элементами кос.
мических скафандров и, во-вторых, с разработкой способов подачи жидкого ракетного топлива по трубопроволзм. В качестве средства, которое смогло обеспечить решение обеих проблем, Пейпелл разра. ботал и запатентовал принципиально новую среду, которую назвал магнитной жидкостью. Методика ее получения оказалась несложной и сводилась к следующим операциям. Известный своими свойствами магиетит в течение длительного времени подвергали измельчению до частиц субмикроскопических размеров, к ним прибавляли ПАВ, затем диспергировали в жилкой основе и получали в результате дисперсную систему с высокой устойчивостью, т. е. магнитную жидкость.
Было бы, по-видимому, неверным и даже пристрастным рассматривать описанную выше разработку как отправной момент в истории магнитных жидкостей. Дело в том, что несколько ранее Симоиидзака и сотр. ~2] из Университета Тохоку (Япония) сообщили на конференции о создании жидкости, которая притягивается магнитом. Способ ее получения, основанный на методе соосаждения, будет описан ниже. Надо отметить, что сам принцип приготовления коллоилных растворов, солержаших ультрамнкроскопические магнитные частицы, был известен химикам еще в начале 1930-х годов 13].
Примерна тогда же Хамос и Тиссен [4] использовали коллоидные растворы с такими частицами для выявления однодоменных структур в ферромагнетиках. Наконец, достаточно давно были опубликованы результаты исследований Элмора ]5], Вильямса 1б], Кайя 17], Тикадзуми ~8], связанных с изучением однодоменных структур с помощью магнитных коллоидных растворов; перечисление авторов и работ можно было бы продолжить. Магнитные коллоидные растворы, о которых сказано выше, характеризуются тем, что их коллоидные частицы концентрируются на границах магнитных доменов, и это позволяет детально изучать такие структуры. Как ни странно. но внимание исследователей тоге времени сосредоточилось исключительно на этом свойстве магнит. ных суспензий, тогда как другая их особенность — способность к на. магничиванию — осталась вне поля зрения.
Однако именно она в на. стоящее время с полным основанием может считаться важнейшей вс всех отношениях. 15 Структура и свойства ммиитных жилкостев Чтобы магнитная жилкость лостаточно сильно притягивалась агнитом (с таким расчетом производятся современные коллоидные ~створы), число ма~нитных частиц в ней должно быть исключиедьно большим. Кстати говоря, приготовление стабильных магнитвгнх жидкостей возможно с использованием только особых ПАВ со пецяфическимн свойствами; это было доказано экспериментально.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
