С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Время гл релаксации вращательного броуновского движения коллоидной частицы может быть записано как г, = Зич~КТ. (7.17) 500 1000 1500 1, нкс Ряс. 7. 10. Измеиенне вамагннченностн пидкостн Мво времена г после воэдействня нмпульсного магнитного поля [1бр значения намапшченностн насьппення жнлкостн для сплошной, пунктнрной н штрнховой линий составляют соотвегственно 0.02, 0,04 н 0.0б Т. По осн ордннат отлогкепы нормированные значення М. Параметры магннтного поля: длнтельнгкть нмпульса Зйй мкс, макснмальная напршкенность 8 кА/м. Глава 7 500 фгня, мкс Рис.
7.11. Релавсяпия иамагиичеииости М после снятия магнитного поля при комнатной темгиратуре и при 77 К 1171. Для данных прн 77 К выполнено нычитание остаточной намагниченности. Здесь ч — динамическая вязкость жидкой основы. Значение тр для обычной магнитной жидкости составляет порядка 10 а с. Время релаксации по неелевскому механизму (7.4) имеет порядок 10 Р с.
На рнс. 7.10 представлены результаты экспериментальных исследований реакции магнитной жидкости на воздействие импульсного магнитного поля [1б). По этим результатам был сделан вывод, что время релаксации — величина порядка 10 — 101 мкс. Мы выполнили аналогичные эксперименты и получили времена релаксации того же порядка. К довольно неожиданному результату можно отнести почти полное совпадение кривых размагничивания после снятия магнитного поля ири проведении экспериментов с одной и той же магнитной лпп1костью при температурах жвдкого азота (77 К) и комнатной [17) (рис.
7.11). По этим результатам можно сделать вывод о том, что процесс релаксации намагниченности жидкости связан в основном с вра1цениелт магнитных моментов внутри частиц. 7.7. ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВРАЩЕНИЕ МАГНИТНЫХ МОМЕНТОВ ЧАСТИЦ Резонансное поглощение у-квантов ядрами атомов носит название эффекта Мессбауэра [18), Поскольку ядра атомов ферромагнитных веществ взаимодействуют с внутренним магнитным полем, сознаваемым электронами, если ядро облааает магнитным моментом, в спектре резонансного поглощения 7-квантов присутствует Магнитные саойсгка магнитных копыостей Рзк. 7.12.
Результаты измерений маковку- 0 зронского спектра магнитной внлиости при различных температурах 119). г Ф 0 и1 й й Ф Я 5 -0+ 5 10 Гнзраспга нм/с зеемановское расщепление. По величине згого расщепления можно определить внутреннее магнитное поле в ферромагнитных и анти- ферромагнитных веществах. Отметим, что для возникновения зеемановского расщепления необходимо, чтобы в течение периода прецессии спина ядра (10 Р с) внутреннее магнитное поле было постоянным.
Это условие связано с тем, что со спином ядра взаимодействует внутреннее магнитное поле, усредненное за период прецессии. Для массивньл твердых тел внутреннее магнитное поле постоянно, а в случае коллоидных частиц магнитной жидкости— нет. Это связано с тем, что магнитные моменты коллоидных частиц, создающие внутреннее магнитное поле, совершают случайное тепловое вращательное движение. Поскольку время релаксации такого движения при комнатной температуре в соответствни с формулой (7.4) имеет порядок 10 з с, усредненное магнитное ноле, которое действует на спин ядра, можно считать равным нулю. Однако при понижении температуры время релаксации увеличивается и должно возникнуть зеемановское расщепление.
На рис. 7.12 приведены результаты экспериментальных исследований м4ссбаузровского спектра 119]. Видно, что при комнатной температуре резонансного расщепления не наблюдается, а по мере понижения температуры оно отчетливо проявляется. Устойчивость дисперсий магнитных коллоидных частиц 8.1. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ МЕЖДУ КОЛЛОИДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ Между магнитными коллоипными частицами действуют силы, которые можно отнести к трем основным разновидностям. Первая из них — магнитная сила диполь-дипольного притяжения.
На рис. 8.1 показано, что в том случае, когда магнитные моменты двух частиц параллельны и обе частицы расположены рядом, между ними действует магнитная сила притяжения. Рассмотрим две сферические частицы с одинаковым радиусом 11 и расстоянием между их центрами г, Потенциальная энергия Е „притяжения этих частиц выражается следующим образом (Ц: Е = -тз/(2ял гз). (8.1) (8.2) а потомуЕ можно выразить так: -Е„„= — гп2l(2ял (Ж + и )31.
(8.3) Вторую разновидность сил, действующих межцу коллоидными частицами, называют вандерваальсовыми силами. Известно, что энергия взаимного притяжения точечных электрических днполей зависит от расстояния г между ними, какг-" иг 'з. Однако, когда взаимодействуют одинаковые частицы достаточно большого по сравнению с молекулами размера, такие, например, как коллоидные, прихолнтся выполнять интегрирование по каждому участку расстояния между частицами, а потому энергия Е „я„обусловленная ваидерваальсовыми силами, действующими между одинаковыми сферами радиусом И, В данном выраженингл — магнитный момент частицы, яе — магнит- ная проницаемость вакуума. Если расстояние между поверхностями сфер составляет л, то 153 Дисперсии магнитных коллондньж частиц Рис.
8.1. Магнитное лнпольиое притяже- ние между коллоидиыми частинами. и2— магиитиыя момент частинм; 1 — сфепи- ческие коллоидиые частины. составляет [2) к12 122 Г 82+ 42222 Е = . [---- --+-- . + [222 + 4сгг [Ь 1 2ф)2 1 [)2 + 2й )2 Г ЫКт[1 — )2У28), )2 < 28, 26 <л, (8.5) В этой Формуле А — положительная постоянная величина (постоянная Гамакера). Наконец, третья сила, действующая между магнитными коллоидными частицами, называется стерическим отталкиванием. Она обусловлена взаимодействием молекул ПАВ, покрывающих поверхность рассматриваемых сфер.
Розенцвейг использовал способ расчета Маккора энергии отталкивания, обусловленного взаимодействием молекул ПАВ, адсорбированных на двух плоских поверхностях, и распространил его на сферические частицы. Модель молекулы ПАВ по Маккору, показанная на рис. 8.2, представляет собой жесткий стержень ллиной 6. Полярная группа такой молекулы связана с плоской поверхностью, н вся молекула своболно вращается вокруг точки присоединения, которая является центром вращения [3[. Когда расстояние 22 между двумя плоскостями больше 28, вращение .
адсорбированиых молекул ПАВ происходит свободно. На рис. 8.3 в тех частях двух магнитных коллондиых сферических частиц, расстояние между которыми меньше 26, вращение молекул ПАВ ограничено. Маккор методами статистической механики вычислил энергию Емд стерического отталкивания, обусловленного ограничением пространства для теплового движения молекул ПАВ, н получил выраже- ние 154 Глава 8 Рис. я.з.
Отталкивание между лвумя поверхностями пон лекствием алсорбированных молекул ПАВ. !— стенки; З вЂ” молекула ПАВ. где Ф вЂ” число молекул ПАВ, адсорбированных на единице плошали поверхности; (" — постоянная Больцмана; Т вЂ” абсолютная температура. Розенцвейг с сотр. (4) расширили область применимости этого выражения, распространив его на взаимодействие одинаковых сфер ра- диусомЕ (рис. 8.3).
В этом случаеЕ, задается формулой Е = АР'тлТ 2 — — — — )и — -- — — — —, А ( 24, О, (о.б) Здесь Ф вЂ” число молекул ПАВ, адсорбированных на едянипе поверхности сферы. Таковы три основные силы, действующие между одинаковыми коллоиднымн частицами в магнитной жидкости. Вторая иэ ннх, т. е. вандерваальсова сила, является, как известно, силой притяжения между частицами; следовательно, только третья сила создает отталкивание или, точнее, «расталкивание» частиц. Таким образом, для прилания стабильности дисперсии коллоидных частиц наличие этой силы соверщенно необходимо. С другой стороны, модель Розенцвейга слишком упрощает картину, представляя ее в «чистом» виде. Тот факт, что на практике стабильность дисперсии меняется в достаточно широких пределах в зависимости от рН раствора, т. е.
жидкости, позволяет констатировать, что молекулы ПАВ присоединяются к по- 155 Дисперсии магнитньж кпллондных частиц Рнс. 8.3. Ограничение простраистаснноа ориентации молекул ПАВ (стерическиа зФфект). У вЂ” молекула ПАВ; 2 — магнит ная коллоилная частила. верхности коллоидных частиц отнюдь не полностью, и, как следствие этого, проблема химического сродства между ПАВ и основой приобретает весьма важное значение. Если его не учитывать, то энергия разных видов взаимодействия (Е, Е„и„Е ) зависит только от расстояния л (рис. 8.4). Если принять, что суммарное значение потенциальной энергии Е описывается выражением Е=Е +Е +Е, то из кривых на рис.
8.4 следует, что в случае Я = 50 гч существует непреодолимый потенциальный барьер при АIЮ = 0,15, а потому две сблизившиеся частицы не слипаются. В этом случае магнитные коллоидные частицы в жидкости не коагулируют, образуя весьма устойчивую дисперсную систему. 50 г 1О 4-10 -30 -40 О 0,1 аа (ц О,о 0,5 Ой О,т 0885 и/я Рис. 8.4.
Зависимость энеРгии Разных вилок аэаимодеиствиа от расстояния между кол- лоилнымн частицами 141. Глава 8 156 8.2. ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МАГНИТНЫХ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЗНАЧИТЕЛЬНОГО ГРАДИЕНТА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Когда градиент напряженности магнитного поля невелик и дейст. вне приложенной к магнитным частицам силы полностью «размыва. ется» тепловыми флуктуациями, концентрация коллоидных частиц не зависит от их расположения в магнитной жидкости и является посто. янной величиной. Вместе с тем в условиях чрезвычайно большого гра. диента напряженности магнитного поля концентрация коллоидных частиц в результате их диффузии (лод действием приложенной магнитной силы) меняется с расстоянием гзсьма существенно.
Так, например„при комнатной температуре (ЗОО К) и градиенте напряженности магнитного поля 108 Аlмг неоднородность концентрации магнитных коллоидных частиц, возникающая под действием постоянной силы, наблюдается уже на расстояниях порядка 10 з м. В дальнейшем удобно рассматривать одну коллоидную частицу магнитной жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
