В.Е. Фертман - Магнитные жидкости (1163283), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Если оценить по соотношению (2.3) коэффициент термического расширения магнетитовой (авмо, -10 — э К-') магнитной жидкости (ф-0,1) на углеводородной основе фэ 10 — з К вЂ” ') при комнатной температуре, то вклад твердой фазы составляет менее !'/о Поэтому с достаточной для практики точностью можно считать р=(1 — ~г)~,. Сравнение результатов измерения температурной зависимости плотности магнетитовой магнитной жидкости на основе вакуумного масла ВМ-6 (~г=0,19) и плотности основы показало нх хорошее согласие с приведенной выше оценкой.
При аппроксимации опытных данных ря,„, (г) в интервале 21(г(95'С по методу наименыпих квадратов получена линейная зависимость р =1,739 (1 — 0,57 10-з !) с дисперсией измерений из=7,2-10-з. В то же время температурная зависимость плотности основы (г/см') имеет следующий вид: Рвм-э=0908 (! 066 10 з !). Заметим, что в процессе производства магнитной жидкости методом пептизации даже после тщательной промывки полученного магнетита в концентрате могут содержаться остатки растворенных солей, а также воды.
Присутствие этих веществ в жидкой фазе «искажает» коэффициент термического расширения основы. Такой же эффект оказывает поверхностно-активное вещество, если йоФ !)п.а,в. Для олеиновой кислоты, часто используемой в качестве ПАВ, аппроксимация опытных данных, приведенных в прил. 5, в интервале температур 23 — 94'С дает р «,=0,73.10 — ~ К '. Измерения температурной зависимости плотности магнетитовой магнитной жидкости на основе керосина (гГж0,03), выполненные И, Я. Каган и В.
Г. Рыковым (1985), качественно соответствуют приведенным выше соотношениям: р=0,92 (м. 22. МАГНИТНЫЕ СВОИСТВА 2.2.1. Статические магнитные свойства Коллоидные частицы ферро- илн ферримагнетнка обладают постоянным по величине магнитным моментом. Внешнее магнитное поле упорядочивает направление магнитных моментов, что ведет к появлению макроскопнческой намагниченности. Существуют два механизма дезориентации магнитных моментов коллоидных частиц. В твердой одноосной частице происходит тепловой «пе- реброс» магнитного момента между двумя противоположными направлениями оси легкого намагничивания кристалла. Второй механизм обусловлен~ броуновским (тепловым) вращением частиц относительно жидкой основы.
В средних по величине магнитных полях тепловое движение препятствует выстраиванию магнитных моментов вдоль поля. В очень сильном поле все магнитные моменты ориентированы полем, и намагниченность достигает состояния насыщения. В равновесном состоянии намагниченность жидкости зависит от объемной концентрации магнитного материала, величины магнитного момента частицы, приложенного поля и энергии разупорядочивающего теплового движения. При отсутствии магнитного дипольного взаимодействия между монодисперсными коллоидными частицами равновесное магнитное состояние можно описать классическим законом (1.17), выведенным П.
Ланжевеном для намагниченности ансамбля молекул парамагнитного газа: М 1 — = с(п$ — — =— Е(5), гммз (2.4) Приведем асимптотические значения функции Ланжевена для малых и больших значений аргумента З. В слабых полях (Н«АТ/(рчт)) прн разложении уравнения (2.4) в ряд Тэйлора получаем 11п1 Е ($): — ЦЗ, т о н, следовательно. начальная магнитная восприимчивость 7»=М/Н имеет вид 7»= —" Р" ' Р ($ ((1), (2.5) где М =~рвМ,— намагниченность насыщения жидкости в магнитном поле, напряженность которого Н-»се.
В сильных магнитных полях (Н.».АТ/(14ат)) уравнение (2.4) принимает внд (2.6) 47 где ~р — объемная концентрация магнитного материала; $ = р„тН((кТ) — ланжевеновский аргумент: для сферических частиц $ = — ' '; 1. (5) — функция Ланжевена. и рМ Н~Р 6 ИТ В магнитных жидкостях существует определенная полидиспсрсность твердой фазы (см. рис.
1.6). Кривые намагничивания, построенные по закону (2.4), показывают сильное влияние размера частиц магнетита на 11а и М (рис. 2.1). В основе так называемого магнитогранулометрического метода определения размера малых магнитных частиц лежит сопоставление экспериментальных кривых Ь'. о а,~ О,г аа 44 тл дЗ Рис 2.1 тамагничиванпя и зависимости (2.4).
По зависимости 111Н-') на основе соотношения (2.6) можно найти диаиетр частиц й в области сильных полек. По начальному «аклону кривой намагничивания ха= (дй1/дН)я ч в со>тветствни с формулой (2.5) можно найти диаметр частиц дч в слабых полях. Крупные частицы с относи.ельно большимп магнитными моментами легче ориен.ируются в слабых полях, чем мелкие. Онн оказывают заибольшее влияние на начальную магнитную восприимчивость. В области насыщения намагниченности сильюе магнитное поле выстраивает и мелкие частицы д, аагнитныс моменты которых в большей степени подверкены тепловым возмущениям.
Средний диаметр частиц, аким образом, лежит в интервале г( (0<до. На рис. 2.2 приведены результаты измерений намагниченности маг~етитовой магнитной жидкости на основе керосина. По,троенная кривая соответствует ланжевеновской зави.имости (24) для аргумента С=р,т ьН/ЯТ). Близость результатов расчета и эксперимента свиде- тельствует о прилгенимости ланжевеновского описания статической намагниченности в задачах, связанных с сильными магнитными полями. Различие между экспериментальными точками и результатами расчета на начальном участке кривой намагничивания обусловлено влиянием крупных частиц диаметром до на намагниченность жидкости. По приведенным на рис 2.2 данным можно рассчитать эффективное значение магнитною момомента ггг,ф, для которого сумма квадратов отклонений экспери- и е ментальных и расчетных значений минимальна.
Эффективный ггйдиаметр частицы маг- $ ° петита„найденный этим способом, составил 6 2 г) ~,=11,7 нм, что согласуется с результатами исследованггЫ распределения частиц ггггг 40гг Нолонинннхть мооьггьноьо лоно, нй/и магнетита по размерам на электронном Рис. 2.2 микроскопе. Значение гри=М /М, определяет магнитные свойства жидкости. Однако многочисленные измерения намагниченности и плотности (см. формулу (2.2)) показывают разное содержание твердой фазы и магнитного материала в жидкости; гр/гри=1,4 — 1,8.
Прежде всего это объясняется тем, что некоторая доля твердых частиц сразу после получения является немагнитной. Кроме того, в зезультате химического взаимодействия с адсорбированкым ПАВ возможно образование немагиитного поверхностного слоя на дисперсных частицах магнетита.
Однако три мессбауэровских измерениях поглощения резочансных у-квантов от ядерного источника на коллоидчых частицах ГеьОдне были обнаружены парамвгнитные гболочки, которые должны появляться в результате хичической реакции. Возможна еще одна причина понижегия намагниченности насыщения жидкости по сравнению : намагниченностью дисперсной фазы — это адсорбция «а поверхности частиц молекул ПАВ и ионов, появляюцихся в процессе производства магнетита методом хичической конденсации.
Они ориентируются так, что снижают реальный магнитный момент частиц магнетита. ~ зькг 49 Тем не менее экспериментальные кривые намагничивания согласовывались с теоретическими, которые рассчитывались по формуле, учитывающей распределение частиц по размерам: М=с~М ~~~~~а.(Н вЂ” 2а)Ч. " ' —" х Рвзгвг~ х (4 — 2а,)'/ (~)~ пф,'), (2.7) где ач — толщина немагнитного поверхностного слоя, которая равнялась постоянной решетки кристаллического магнетита: ач=0,84 нм. Из зависимости (2.7) следует линейная связь между намагниченностью жидкости М и объемной концентрацией твердой фазы ~.
С увеличением концентрации коллоидных частиц магнитное дипольное взаимодействие между ними нарушает парамагнитные свойства системы. Так, возникновение в жидкости упорядоченных агрегатов с возрастанием концентрации ~р должно привести к отклонению зависимости М(~р) от линейной. Однако измерения, выполненные Е. Е. Бибиком с соавторами (!973), показали, что до ~=0,12 в магнитных жидкостях на основе керосина возможное влияние агрегатов на намагниченность находится в пределах экспериментальной погрешности. Другая типичная для ансамбля невзанмодействующих однодоменных частиц характеристика — единая кривая М(Н/Ч). В агрегатирующнх системах кривые намагничивания могут расслаиваться по температурам. Применение известного метода магнитной гранулометрии к магнитной жидкости основано на гипотезе о неупорядоченном расположении твердых частиц, которая, как будет показано ниже, в магннтном поле обычно не подтверждается.
При наложении внешнего поля магнитная жидкость становится неизотропной: в ней происходит ориентация отдельных магнитных моментов н, следовательно, самих частиц, если существует связь между моментом частицы и ее кристаллографической осью. Эта связь вызвана собственной анизотропией частиц, которая обусловлена кристаллографической магнитной анизотропией и несферичностью частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
