В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Двойное лучепреломление наблюдалось только при прохождении света в направлении по нормали к слою, вдоль которого налагалось магнитное поле. Разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами тоже проявляет тенденцию к насыгценню в сильных полях. Сравнение разности фаз, полученной для магнитной жидкости (~у=0,102) и нитробензола по соотношению (2.43) 6 = 2иЬСН', показало, что постоянная Коттона — Мутона С для магнитной жидкости в поле, напряженность которого составляла Нт83 кА/и, почти в 1О" раз выше, чем для нитробензола, характеризующегося большой величиной С. Развитая теория основывается на предположении об образовании в тонком слое магнитной жидкости непрерывных цепей из частиц феррита, магнитные моменты которых ориентированы полем вдоль слоя.
Полученные соотношения для расчета зависимости разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами и показателя поглощения от магнитного поля согласуются с опытными данными. Рассмотрим магнитооптические эффекты, связанные с отражением света от намагниченной жидкости. При отражении поляризованного света от поверхности образца в магнитном поле различают полярный, меридиальный и экваториальный эффекты Керра (рис. 2.20).
При полярной 1а — вектор намагниченности лежит в плоскости падения света и перпендикулярен к поверхности жидкости) н меридиальной 1б — вектор намагниченности направлен вдоль прямой, образуемой пересечением отражающей поверхности и плоскости падения света) намагниченностях плоско поляризованный свет становится эллиптически поляризованным При этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на некоторый угол по отнош отношеншо к плоскости поляризации падающего све"Учас экваториального намагничивания (в — вектор намаг р амагннченности перпендикулярен к плоскости па- 101 дения света и лежит на отражающей поверхности) изменяется интенсивность отраженного света, а поворота плоскости поляризации не происходит. В экспериментах (35] по углу полной поляризации при различной ориентации поверхности магнитной жидкости относительно плоскости падения света и магнитного поля определены абсолютные значения коэффициентов преломления обьпсновенного и необыкновенного лучей.
При изучении экваториального эффекта Керра на магнститовых магнитных жидкостях показано, что в магнитном поле происходит агрегатирование частиц, которое вызывает оптическую анизотропню (Л. В. Никитин, А. А. Тулинов, 1986). ьФ Высокая оптиче- О ская активность магнитной жидкости позволяет создавать на О~ ее основе магнитооптические устройства, та- О кие, как световые заб творы, стабилизаторы для лазеров, магнитоэлектрические преобразователи и др. Кроме Ряс.
2.20 того, с помощью оп- тических эффектов можно получать информацию о внутреннем строении магнитных частиц. При этом измерения проводятся на ансамбле малых частиц, и результаты в значительной степени определяются коллективными возбуждениями взаимодействующих частиц 132) . Еще один магнитооптический эффект наблюдался Дж. Берчем (3. К. В(гсп), К. Бентли (С. А. Веп(!су) и Дж.
Ллуэллином (Я. Р. (.(еюеПуп) (1985) в миллиметровом диапазоне электромагнитного излучения (микро- волны). Линейно поляризованное микроволновое излучение на частотах 94, 100 и 110 ГГц пропускалось через плоский цилиндрический слой магнитной жидкости диаметром 6 мм и толщиной 2 мм, которая располагалась в охлаждаемом водой соленоиде так, что переменное магнитное поле было направлено по (или против) распространению излучения. В этом случае происходила циркулярная поляризация проходящей через жидкость волны 102 (эффект Фарадея), и после линейного анализатора, повернутого на 45' относительно плоскости поляризации начального излучения, на болометр поступала модулированная волна.
Частота модуляции изменялась от 20 Гц до 200 кГц. Практически по всему диапазону частот глубина модуляции оставалась приближенно постоянной (-10а/а) и плавно уменьшалась (до 6~/а) при увеличении частоты модуляции от 10 до 200 кГц. Эти данные получены на керосиновой магнитной жидкости, содержащей частицы МпадреьаОь При разбавлении магнитной жидкости коэффициент модуляции нелинейно уменьшался, а при увеличении среднеквадратичного значения переменного магнитного поля линейно возрастал до В= =15.10 — а Тл. Более сильные поля приводили к насыщению наблюдаемого эффекта.
Итак, поляризованная внешним магнитным полем магнитная жидкость становится оптически одноосной. При одновременном действии постоянных электрического и магнитного полей магнитная жидкость по оптическим свойствам становится подобной двухосному кристаллу с главными осями, лежащими в плоскости, которая перпендикулярна к плоскости, проходящей через направление Е, Й (В.
В. Чеканов и др., 1985). Для каждого электрического поля, направленного перпендикулярно к направлению распространения света с длиной волны Х= =0,63 мкм, удалось подобрать такое значение магнитного поля, ортогонального Е, прн котором исчезла оптическая анизотропия. При этом магнитная жидкость становится подобной одноосному отрицательному кристаллу и перестает быть двулучепреломляющей. В.
В. Падалка и Г. А. Букина (1986) исследовали двойное лучепреломление в переменных магнитном и электрическом полях на разбавленных магнитных жидкостях, содержащих частицы феррита кобальта, в области частот 20 Гп — 1,5 кГц. Время релаксации в электрическом и магнитном полях, которое оценивалось по фазовой задержке двойного лучепреломлсния, имело одинаковый порядок и составляло т= (0,6 — 1,3) ° 10 ' с. Таким образом, оптические исследования, так же каки другие методы диагностики магнитных жидкостей, показывают и ают их неоднородность и неизотропность. В процессе произво с Р изводства, Разбавления, хранения и эксплуатации в магнитн итных жидкостях образуются разнообразные агрегаты из тв твеРдых частиц: цепи, кластеры, капли и т.
п. 3. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЪ|Х ЖИДКОСТЕЙ зд. МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕИСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЖИДКОСТЬ Ранее был известен один мсханнзм силового воздействня на жидкость с помощью магнитного поля — это взаимодействие поля н протекающего по жидкости тока. Закономерности этого взаимодействия уже около 50 лет изучаются в магнитной гндродннамнке, которая сформнровалась как отрасль механики жидкостей и газов. Большинство магнитных жидкостей относится к не- проводящим средам. Механизмы воздействия магнитного поля на жидкость в этом случае связаны только с ее собственнгям магнитным моментом, который появляется во внешнем поле. Довольно часто взаимодействие поля с намагниченной жидкостью можно отнести к квазнстацнонарному, когда время установления равновесного значення намагннченностн намного меньше любого макроскопнческого времени.
Это условие позволяет считать параллельными векторы намагниченности М и напрягкенности поля Й в любой момент времена. Кроме того, в этом приближении также ВТТН. Тензор напряжений, с помощью которого описывается напряженное состояние неподвижной магнитной жндкости, находящейся в магнитном поле, имеет внд [18) о;„== — (Р*+ — |г,Нз) бга + Н;Вь, (3. |) и где р* = р,(р, Т)+)г, ~ (М вЂ” р(дМ/(др))т,) дН вЂ” зффеко тнвное давление; рг(р, Т) — давление в жидкости той же плотности, что н магнитная, прн одинаковой температуре.
Намагниченность жидкости пропорциональна ее плотности (см, соотнопгенне (2.2)). Следовательно„ (3.4) где М вЂ” средняя равновесная намагниченность: и М = ) Мг(Н. (3.5) > и Потеиппальность магнитной силы г"„= п1 ( Мг(Н) = 11"о 3 о = Чря, действующей на изотермическую жидкость, позволяет упРостить уравнения гидростатического равновесия магнитной жидкости. При неоднородности магнитного поля направлении гюртнкальной декартовой координаты г в маги"тном и гравитационном полях оно имеет вид Ю+ К' + (7ри = О. (3.6) 105 Р( ~лМ((др)) =М, и второе слагаемое в выражении (3.1) тождественно обращается в нуль, Компонента г; вектора объемной силы Р. действующей на бесконечно малый элемент магнитной жидкости, нормаль к которому ориентирована вдоль Й-направления, определяется соотношением Р; — — дом/(дх,„).
(3.2) Из этого выражения с учетом формулы (3.1) и условия параллельности векторов М, Й, В получаем " +(го(Й.-.~+~М ао . дх; дх; Второй член в выражении (З.З) описывает известную в магнитной гидродинамике электромагнитную силу, которой для непроводящей жидкости можно пренебречь. Магнитная объемная сила У~=Р,МКН определяет степень воздействия.
стационарного неоднородного магнитного поля на магнитную жидкость, которое прежде всего заключается в перемещении объема магнитной жидкости в область более сильного поля. Это обстоятельство позволяет перемещать магнитную жидкость с помощью магнитного поля соответствующей конфигурации. В магнитной жидкости (однородной по концентрапии и нзотермической) магнитное поле создает давление (19) Представив силу тяжести как рд =- — р(рог), перепишем уравнение (3.6): п(Р+ рая — р„,) = — О.
Проинтегрировав это уравнение, получим следующее распределение давления по высоте слоя жидкости: р =- С вЂ” риг + р, (3.7) где С вЂ” произвольная постоянная, которая находится по известному давлению р, в точке г,. Рис. Зи Из выражений (3.4) и (3.7) видно, что давление изотермической магнитной жидкости выше в той ее области, где больше напряженность магнитного поля. Следовательно, на-немагнитное тело, погруженное в магнитную жидкость, к которой приложено неоднородное магнитное поле, будет действовать сила, выталкивающая это тело в область слабого поля. В частности, создавая соответствующую неоднородность по координате г, можно добиться всплывания в ней предметов, плотность которых выше плотности магнитной жидкости.
Пусть тело, погруженное в магнитную жидкость, обладает магнитным моментом М, (например, постоянный магнит цилиндрической формы, намагниченный вдоль своей оси) (рис. 3.1, а). Тогда на магнит, находящийся в центре сосуда (рис.
3.1, б), результирующая магнитная сила не действует, так как распределение магнитного поля симметрично относительно верхней и нижней поверхностей магнита. Однако при смещении этого магнита из центра сосуда (например, под действием силы тяжести) магнитное поле над его горизонтальными поверхностями распределяется несимметрично (рис. 3,1, в). вблизи дна магнитный поток искажается границей раздела двух сред с разной магнитной проницаемостью. Если магнитная проницаемость жидкости выше, чем проницаемость окружающей ее среды, то силовые линии магнитны.о поля возле дна «сгущаются», и напряженность магнитного поля становится выше. Увеличение напряженности, как уже было показано, вызывает рост давления в этой области, и на магнит дснствует сила, направленная от дна сосуда к центру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
