В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Коэффициенты ам ~х для концентрированных магнитных жидкостей можно определить линеаризацией соотношения (2.35), предполагая справедливость закона (2,37) для Хч и Х . Запишем выражение (2.35) в виде л=)4 )4 (2.38) 90 Таблица 2.3 Насчет по сонноме- ним !к ею Ианеренюле значении тнп жндкосчн о ~ ая ! и„!о- и .!р-е 1,66 0,153 1,667 1,4 1,94 0„2525 1,66 1,56 0,2816 1,786 0,07 0,138 0,1М 0,193 0,252 0.219 0,283 20 20 20 20 МК Керосин ММтр Трансфор- маторное масло 0,714 О,!!1 После линеаризации уравнения (2.38) получим: и! с!Я = Чххн+(1--!Р) сея,, (2 39) где ря, сея, ря, ая — коэффициенты, характеризующие температурную зависимость теплопроводности жидкой фазы и магнетита соспветственно.
В связи с отсутствием справочных данных по температурной зависимости магнетита можно использовать со- отношение 7 (1) 8 О(! 5 8.!0-з(! 20)), (2.40) 2.7. ТЕПЛОВМКОСТЬ Влияние процессов, происходящих в твердых частицах нри переходе ферромагнитной фазы н парамагнитную, на теплоемкость магнитной жидкости может наблюдаться только при таких температурах, когда существование магнитной жидкости как физического объекта проблематично (см. 9 2.2.2). Выполненные в (33] оценки дают основание также не учитывать влияние на тепноемкость дипольного нзаимодействия частиц. ЭксперияентыА. Е. Вентер и др,(1984) показали, что при расчете геплоемкости магнитной жидкости в интервале темнератур 47 — 97'С можно использовать правило смеще«на, Температурная зависимость теплоемкости высоко- которое получено путем сравнения опытных данных по Ц'1) и Хо®.
В табл. 2.3 приведены рассчитанные и измеренные ая и ря для некоторых магнитных жидкостей (В. А. Новиков, В. Е. Фертмаи, 1987). концентрированной магнитной жидкости на основе трансформаторного масла (си=0,26) аппроксимировалась линейной зависимостью с коэффициентом корреляции 0,997: с„=1,088+0,22?.10-и (Т вЂ” 2?3), где с„— удельная теплоемкость, кДж/(кг К) .
При обработке методом наименьших квадратов табличных данных для основы — трансформаторного масла — получена зависимость сс =- 1,921+ 0,267 10 и (Т вЂ” 273). зп згз ззв звз зи звз в з?з т— Рис, 2.19 Снижение теплоемкости высококонцентрированной жидкости по сравнению с теплоемкостью основы обусловлено большим содержанием днсперсного магнетита, теплоемкость которого при исследованных температурах составляет 0,654 — 0,712 кДж!(кг.К) (341. Отклонение рассчитанных по правилу смешения (массовые доли) значений теплоемкости от измеренных не превышало 1,8с)~ (рис.
2.19). Измерения показали, что при расчете удельной теплоемкости концентрированной магнитной жидкости (сг-0,2) можно использовать следующее соотношение: с„= — 0,425+0,135 10 ~1+ 0,345с~~. (2 41) Отклонения от линейной зависимости си(1) в области отрицательных температур трактовались Э. М. Агабекяиом и др, (198?) как фазовый переход первого рода, при котором происходит объединение магнитных частиц в кластеры с нулевым суммарным магнитным моментом. 2.8. пОВеРхнОстнОе нАтяжение И.
Я. Каган (1985) измерила при комнатной температуре поверхностное натяжение магнетитовых магнитных жидкостей на основе керосина (0,03~ср~0,2) при отсутствии магнитного поля. В пределах разброса опытных данных, полученных различными методами, поверхност- нос натяжение магнитных жидкостей можно считать равным поверхностному натяжению основы.
Межфазное натяжение системы магнитная жидкость — дистиллированная вода составляло о=17,3 1О-' Н/м. В, Г. Баштовым и Е. М. Тайцем (1985) развита теория зависимости поверхностного натяжения магнитной жидкости от напряженности нормального к свободной поверхности магнитного поля. Изменение коэффициента поверхностного натяжения по сравнению с а для жидкой фазы зависит от взаимодействия магнитных частиц и молекул жидкой фазы (при отсутствии поля) и взаимодействия магнитных частиц во внешнем поле.
А. Н, Голубятников и Г. И. Субханкулов (1986, 1987) построили модель, в которой наряду с объемным магнитным моментом жидкости вводится поверхностный магнитный момент, причем на поверхностное натяжение границы раздела влияет как нормальная, так и тангенциальная компонента магнитного поля, Эксперименты, выполненные М.
Заном (М. Хапп) и Р. Розенцвейгом (1980) при исследовании неустойчивости поверхности раздела магнитной и немагнитной жидкостей, не выявили влияния однородного поля, тангенциального к поверхности раздела, на межфазное натяжение. Я, Зиммелс (У. 23пппе!з) и Б. Ярар (В. Уагаг) (1983) исследовали влияние неоднородного магнитного поля на смачивание магнитной жидкостью твердой (стеклянной) поверхности. Эксперименты проводились на двух типах жидкостей: коллоидном растворе ферромагнитных частиц лигносульфоната железа в воде и коллоидном растворе частиц магнетита в водном растворе лауриловой кислоты. Основная серия зкспериментов выполнялась с первым образцом, который имел следующие характеристики: динамическая вязкость при комнатной температуре =35.10 ' Па.с; намагниченность насыщения М =12 кА/м; поверхностное натяжение на границе жидкость — воздух, которое определялось без магнитного поля методом взвешивания капель, а = (0,0638 .+ .+-0,0038) Н/м, В результате проведенных исследований авторы показали, что магнитное поле влияет на явление смачивания магнитной жидкостью твердых поверхностей и с помощью магнитного поля можно управлять основными характеристиками на линии контакта трех фаз.
93 Известно, что угол смачивання немагнитных жидкостей возрастает, когда межфазная поверхность жидкость — газ располагается на ранее смоченной твердой поверхности. Для магнитной жидкости угол смачнвания уменьшался с увеличением размера смоченной области при воздействии магнитного поля. Важным для практики может оказаться и другой интересный результат — магнитная сила вызывает растекание капли магнитной жидкости по твердой поверхности, не смачиваемой этой жидкостью при отсутствии магнитного поля. 2.9. ВОЛНОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2.9.1.
Акустические свойства Процесс распространения упругих и электромагнитных колебаний в среде зависит от ее свойств. Поэтому по изменениям параметров звуковых или оптических волн, проходящих через магнитную жидкость, можно получить информацию о ее структурных особенностях, Акустическая волна представляет собой процесс переноса механической деформации среды. В жидкости распространяются продольные волны, в которых движение материальных элементов происходит параллельно направлению волны, а переносимая деформация состоит из объемной и сдвиговой. Основные акустические свойства магнитной жидкости, как и других сред, характеризуются скоростью распространения звуковой волны и коэффициентом поглощения.
Затухание звуковых волн в магнитной жидкости определяется диссипативными процессамн, характеризуемыми эффективными коэффициентами вязкости и теплопроводности. Частотная диспер. сия скорости звука и коэффициента поглощенвя обусловлена резонансным возбуждением звуковой волной внутренних степеней свободы (колебания твердых частиц) и процессом акустической релаксации„т. е. установлением локального равновесия в жидкости, возмущенной звуковой волной. Поскольку этн процессы носят необратимый характер, определенная доля энергии звуковой волны переходит в теплоту. По своим динамическим и термодинамическим свонствам агрегаты частиц отличаются от основы, поэтому по акустическим свойствам магнитной жидкости можно судить о структурных изменениях в ней.
Известно, что коэффициент поглощения ультразвука 94 зависит от сдвиговой (динамической) и и объемной и„ вязкостей жидкости: сФ /4 = — 1 — Ч+ 1.) 2рсэ (, 3 (2.42) где ы — круговая частота колебаний; р — плотность жидкости; с — скорость звука в жидкости. В соответствии с многочисленными экспериментальными данными частотную дисперсию коэффициентов сдвиговой и объемной вязкостей можно записать в виде: чв .
Чюг 1+ оРтэ~ 1+ а~т~~ 95 где г~„ и„, — статические значения сдвиговой и объемной вязкостей; тп та — время релаксации сдвиговой и объемной вязкостей. В классической теории поглощения ультразвука Дж. Стокса не учитываются объемная вязкость и зависимость сдвиговой вязкости от частотьь В результате выражение 2 вРч, (2.42) принимает вид а = — — '. РазностьЛи=а — а 3 гча с принято называть сверхстоксовским поглощением. Процесс поглощения ультразвука в магнетитовых магнитных жидкостях на основе керосина исследовался В. М. Полуниным и А. А. Чернышевой (1983, 1984).
Измерения коэффициента поглощения проводились прямым импульсным методом с переменной базой на частотах 15 и 25 МГц. Сравнение концентрационных зависимостей стоксовского ис и сверхстоксовского Лк поглощения показало, что объемная вязкость на порядок выше сдвиговой и именно ее зависимость от концентрации твердой фазы определяет изменение Ла. В экспериментах В.
М. Полунина и А. Л. Чернышевой проявилась существенная зависимость физических характеристик магнитной жидкости от условий ее получения. Зависимость относительной амплитуды ультразвукового импульса ив/ио от поля отсутствовала в интервале напряженности однородного Н,р — 0 — 120 кА/м и неоднородного со средней величиной градиента напряженности 6 = =23 Н,р кА/мх магнитных полей для одних жидкостей и имела сложный вид для других. Экспериментально обнаружено, что в них коэффициент затухания увеличивался приблизительно на 300 дБ/м при сравнительно небольших магнитных полях (Н-10 кА/м), направленных перпендикулярно к распространяющейся в жидкости волне, что объясняется рассеянием звука на нитевидных агрегатах. Этот результат согласуется с опытными данными Н. Ф.
Пацегона, И. Е. Тарапова, А. И. Федоненко (1983), которые наблюдали максимальное затухание ультразвука (1=2,5 МГц) в магнитных полях, равное примерно 12 кА/м. Немонотонный характер изменения коэффициента поглощении можно объяснить эволюцией структуры агрегатов с увеличением магнитного поля. В то же время исследование коэффициента поглощения в магнитных полях 0<Н<40 кА/м, выполненное П. П. Прохоренко, А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
