С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Прокладка помещается на поверхность одной из двух одинаковых прозрачных стеклянных пластин в форме квадрата со стороной 25 мм, квадратное отверстие заполняется магнитной жидкостью, а сверху накладывается вторая пластина, что приводит к герметизации магнитной жидкости. Таким образом формируется тонкая пленка магнитной жидкости, толщина которой равна толщине прокладки. Толщина е( изменялась от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров. 10.6,3.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В зависимости от ориентации электрического вектора световой волны относительно направления наложенного на среду магнитного поля (перпендикулярно или параллельно) две линейно-поляризованные световые волны, распространяющиеся в среде, называются обыкновенной и необыкновенной. Эти названия заимствованы из кристаллооптики: например, при прохохгдении света через одноосный кристалл обыкновенной волной принято называть плоскую волну, у которой электрический вектор перпендикулярен оптической оси (рис. 10.7, а), необыкновенной волной — волну, у которой электрический вектор параллелен оптической оси (рис. 10.7, б) [б1.
По аналогии с этим случаем направление статического магнитного поля рассматривается как оптическая ось, и составляющая световой волны, у кото- Опч ические свойства магнитных жипкостеп г)»»г»г»свв» »гь 0»лги чек»а» есь Рис. )ОЛ. ЭлектРические вектоРы обыкновенной (а) и необыкновенной (б) световык волн. ) — электрический векгоР; 3 — кристплл. рой электрический вектор перпендикулярен напряженности магнитного поля Н, называется обыкновенной волной, а составляюшая, у которой электрический вектор параллелен Н, — необыкновенной волной.
Перейдем к обсуждению методики измерения коэффициентов пропускания обыкновенной и необыкновенной волн. В случае обыкновенной волны углы наклона плоскостей поляризации поляризатора и анализатора )5, и ))з устанавливались равными 90', так что через тонкую пленку магнитной жидкости проходил линейно-поляризованный свет, плоскость поляризации которого перпендикулярна магнитному по-, лю, и коэффициент пропускания измерялся при изменении напряженности приложенного магнитного поля. В случае необыкновенной волны углы )3 и )3) устанавливались равными 0' и измерения выполнялись для прошедшего через пленку магнитной жидкости линейно-поляризованного света, плоскость поляризации которого располагалась параллельно магнитному полю Н. Введем понятие относительного коэффициента пропускания Тг, равного отношению коэффициента пропускания при наличии магнитного поля к коэффициенту пропускания в случае Н = О, и обозначим через Тг и Тгц относительные коэффициенты пропускания соответственно обыкновенной и необыкновенной волн.
Коэффициентьь поглощения гг, и оц определяются следуюшим образом: Тг = ехР( — 2ац ), Тгп —— ехР( — 2ггь ). (10.52), (10.53) Разность фаз б между обыкновенным и необыкновенным лучами при двойном гзучеггреловглении экспериментально определялась сле- Глава 1О 202 дуюшим образом. Угол наклона )3 плоскости поляризации поляризатора устанавливался равным 45', что обеспечивало падение на пленку магнитной жидкости света, содержащего обыкновенную и необыкновенную волны одинаковой интенсивности.
При каждом значении приложенного магнитного поля выполнялось врашение анализатора и измерялись максимальное и минимальное значения интенсивности пропускаемого через анализатор света, а по иим вычислялись Тт,„, и Тг„„„. С иыюльзованием значений Тг,„, Тт,„,.„, со ион разность фаз В, О о т оПоя>.
" (я а в =т т „тт, оΠ—,,>тд т т,„~т >. Ою.от> 10.6.4. ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ На рис. 1О. 8 показаны экспериментально определенные характеристики магнитного дихроизма с использованием разбавленной магнитной жидкости на основе алкилнафталина (продукт ГЧ-40 фирмы «Мацумото юси сэйяку»). По горизонтальной оси отложена напряженность магнитного поля тт', по вертикальной оси — относительный коэффициент пропускания Тг.
По мере увеличения напряженности магнитного поля относительный коэффициент пропускания Уг, обыкновенной волны (светлые значки) увеличивался, а Тг,, необыкновенной волны (зачерненные значки) уменьшался. Кроме того, по мере увеличения объемной концентрации коллоидпых частиц чувствительность относительных коэффициентов пропускания к изменению магнитного поля росла.
На рис. 10.9 показаны зависимости относительного коэффициента пропускания Тг от напряженности магнитного поля для магнитной жидкости на основе парафинового масла (продукт Г1 ос-50 фирмы «мацумото юси сэйяку»). Видно, что по мере увеличенияя напряженности магнитного поля Н относительный коэффициент пропускания обыкновенной волны (светлые значки) сначала увеличивается, а затем уменьшается. На рис. 10.10 приведены экспериментальные зависимости разности фаз д между обыкновенным и необыкновенным лучами от напряженности магнитного поля лля четырех типов магнитной жидкости.
Исследовались магнитные жидкости на основе парафинового масла, алкилнафталина, воды, а также смеси парафинового масла и алкилбензола (соответственно магнитные жидкости Г1 )С-50, ГЧ-40, Г%-40 и Г(Ч-40 фирмы «Мацумото юси сэйяку»). Покажем, насколько разность фаз (> для магнитных жидкостей вепика по сравнению с другими веществами, у которых наблюдается двойное лучепреломление.
Двойное лучепреломление в магнитном 203 Оптические свойства магнитных жидкостей Гг 0,5 Рис. !0.8. Зависимости относительных коэффициентов пропусканив Гг от напряженности магнитного поля Н для магнитной жидкости на основе адкилнафталнна. Объемная концентрация магнитных коллоидных частиц для графиков, отмеченных кружками (образец 1), треугольниками (образец 2), квадратами (образец 3) и ромбами (образец 4), равнялась соответственно 0.104, 00801, 0052, 00042. ! — образец 1; 2 — образец 2: 3— образец 3; 4 — об)жзец 4.
поле, направленном по нормали к направлению распространения света, называется зффектом Коттона — Мутона. Сравним эффект в магнитных жидкостях и в нитробензоле, в котором он проявляется достаточно сильно. Лля нитробензола зависимость разности фаз д от напряженности приложенного магнитного поля Н выражается следующим образом [7): 6(рад) = 1,99 10-1)гг(мкм)(Н(кА/м))2. (10.55) Следовательно, в пленке нитробензола толшиной о = 12 мкм при магнитном поле напряженностью Н = 79,6 кА/м возникает разность фаз порядка 10 в рад, в то время как из рис. 10.10 следует, что магнитная жидкость на водной основе при таких же условиях обеспечивает Разность фаз более 1 рад. 1,0 Тг 1,0 а,б Уг', МА/м Рнс.
10.9. Зависимости относительного коэффициента пропускания Уг от напряженности магнитного поля Н лля магнитной жидкости на основе парафннового масла, Объемная концентрация марганцово-цинковых ферритовых коллонлных частиц лля графиков, отмеченных кружкамн, треугольниками, квалратами и ромбами, равнялась соответственно 0,126, 0,0936, 0,0625, 0.005 (светлые значки соответствуют обыкновенной волне, зачерненные значки — необыкновенной). О 0 0,5 УУ, МА/н Рис.
1О. 1О. Зависимости разности фаз р от напряженности магнитного поля Н. Кружка. ми, треугольниками, квапратами и ромбами обозначены разности фаз для магнитньп жидкостей на основе оютветственно ларафннового масла, алкилнафталина, воды г смеси парафииового масла и алкнлбензола. 205 Оптические свогытва магнитных жидкостей 10.7. теория мАгнитооптики МАгнитной жидкости И НЕКОТОРЫЕ ЕЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ 10.7.!.ТРАДИЦИОННЫЙПОДХОД Появление слабого двойного лучепреломления в коллоидных растворах, содержащих частицы, ориентированные магнитным полем, называется эффектом Майораны 181. В разбавленных магнитных жидкостях также проводились экспериментальные исследования магнитного двойного лучепреломления и рассеяния [9 — 201. Считалось, что эти явления обусловлены анизотропией формы коллоидных частиц. Предположим, что магнитные коллондные частицы имеют форму продолговатых зллипсоидов и что магнитнь е моменты частиц ориентированьз в направлении большой оси:.
Анизотропия показателя преломления во внешнем магнитном поле объяснялась анизотропией диэлектрической проницаемости магнитной жидкости вследствие ориентации коллоидных частиц вдоль магнитного поля. Этот вывод делался на том основании, что в слабом магнитном поле разность показателей преломления для обьзкновенного н необыкновенного лучей Ьл при соответствующей обработке данных изменялась пропорционально Н, так же как и при классическом эффекте Коттона — Мутона. Однако дополнительный анализ экспериментальных 1,0 5 % и,кя(и Рис.
1О,11. Зависимости Разности фаз Ю между обыкновенным н необыкновенным лучамн от наппяженности поля гг в слабых магнитньж полях. Светлыми кРужками показана Разность фаз для магнитной жидкости на основе воды. зачериенными — нв основе смеси парафинового масла и алкилбензола. Глава Ю данных показал, что при малой напряженности магнитного поля полевая зависимость разности показателей преломления (или разности фаз) для этих лучей может содержать первую степень, а не квадрат напряженности поля Н [5) (рис.
10.11)П. 10.7.2. АНИЗОТРОПИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОИ ПРОНИЦАЕМОСТИ Мы предположили, что причина рассмотренного магнитооптического эффекта в магнитной жидкости заключается в том, что коллоидные частицы образуют цепочки по нескольку частиц в каждой и ориентируются вдоль направления магнитного поля; были получены аналитические выражения для разности фаз 0 н коэффициента пропускания, которые очень хорошо согласуются с экспериментальными данными. Предположим, что размеры коллоидных частиц в магнитной жидкости распределены по логарифмически нормальному закону и все частицы имеют одинаковую сферическую форму. Будем считать, что в магнитном поле в единичном обьемемагнитной жидкости образуется ие цепочек, каждая из которых содержит /с коллоилных частиц (рис.
10;12). Как показано на рис. 10.12, зти цепочки аппроксимируются эллипсоидами, а коэффициенты, характеризующие деполяризуюшее внутреннее электрическое поле вдоль большой оси эллипсоида, обозначаются как И„. По сравнению с длиной волны видимого света 5000 А размеры отдельньгх коллоидных частиц малы и составляют всего лишь порядка 100 А. Следовательно, можно считать, что размеры цепочек примерно составляют несколько сотен ангстрем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
