Дослідження механізму намагнічування магнітної рідини за деформацією краплі у магнітному полі

Abstract

Важливою особливістю магнітних рідин (МР) є топологічна нестабільність їх об’ємів, що мають вільну поверхню в магнітних полях (МП) (явище втрати їх цілісності за певних умов). Таке розщеплення краплини становить науковий та практичний інтерес. Розуміння механізму цього явища дозволить усунути або контролювати ці ефекти, що важливо для багатьох чутливих пристроїв. Мета дослідження — вирішення проблеми опису розщеплення краплини магнітної рідини, що лежить на горизонтальній твердій частково змочуваній гумовій підкладці, в магнітній області постійного магніту та експериментальне визначення типу залежності зміни висоти магнітної рідини в магнітному полі.

В Україні дослідження магнітних рідин проводяться в таких наукових організаціях, як Інститут ядерних досліджень, Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського, Київський національний університет імені Тараса Шевченка та ін. Основною причиною розширення краплини в магнітному полі є переорієнтація магнітних доменів всередині нього. Намагніченість рідини починає зростати. Це створює тиск по осях в краплині, що змушує краплину розтягуватися і потім розщеплюватися. Експеримент проводився з трьома магнітними рідинами з різними компонентами. Отримані частки найімовірнішого розміру від 5,8 ±1,0 нм до 8,7 ±1,0 нм.

Проведено експеримент для визначення залежності геометричних параметрів крапель магнітної рідини від магнітної поля. Виміряно величину поля і висоту краплини. Експеримент проводився до досягнення максимального значення поля установки. Отримана залежність може характеризувати гістерезисну криву намагнічування магнітної рідини. Апроксимація проводилася на основі арктангенціальних функцій.

Досліджено умови розриву краплин магнітної рідини на твердій гумовій частинці немагнітної підложки в магнітному полі. Розглянуто кілька магнітних рідин різного складу. Запропоновано оптимальну фізико-математичну модель процесу. Отримано експериментальні залежності розриву напівобмеженої

Важной особенностью магнитных жидкостей является топологическая неустойчивость их объемов, имеющих свободную поверхность в магнитных полях (явление потери их целостности при определенных условиях). Такое расщепление капли вызывает научный интерес и практический интерес. Понимание механизма этого явления позволит устранить или контролировать эти эффекты, что важно для многих чувствительных устройств. Цель исследования — решение проблемы описания расщепления капли магнитной жидкости, лежащей на горизонтальной твердой частично смачиваемой резиновой подложке, в магнитном поле постоянного магнита и экспериментальное определение типа зависимости изменения высоты капель магнитной жидкости в магнитном поле.

В Украине исследования магнитных жидкостей проводятся в Институте ядерных исследований, Институте общей и неорганической химии им. В. И. Вернадского, Киевском национальном университете имени Тараса Шевченко и др. Основной причиной расширения капли в магнитном поле является переориентация магнитных доменов внутри него. Намагниченность жидкости начинает возрастать. Это создает давление вдоль осей в капле, что заставляет капли растягиваться и затем расщепляться.

Эксперимент проводился с тремя магнитными жидкостями и с различными компонентами. Получены частицы наиболее вероятного размера от 5,8 ±1,0 нм до 8,7 ±1,0 нм. Проведен эксперимент для определения зависимости геометрических параметров капли магнитной жидкости от магнитного поля. Измерена величина поля и высота капли. Эксперимент проводился до достижения максимального значения поля установки. Полученная зависимость может характеризовать гистерезисную кривую намагничивания магнитной жидкости. Аппроксимация проводилась на основе арктангенциальных функций.

Исследованы условия разрыва капель магнитной жидкости на твердой резиновой частично не смачиваемой подложке в магнитном поле. Рассмотрены несколько магнитных жидкостей разного состава. Предложена оптимальная физико-математическая модель процесса. Получены экспериментальные зависимости разрыва полуограниченной капли магнитных жидкостей в магнитном поле, соответствующие этой модели. Анализ проводился в рамках этой модели.

An important feature of magnetic fluids is the topological instability of their volumes which have a free surface in the magnetic fields (the phenomenon of loss of their integrity under certain conditions). Such drop splitting is of scientific interest, as well as of practical interest. Understanding the mechanism of this phenomenon will allow eliminating or controlling these effects, which is important for many sensitive devices. The authors' investigations were aimed at solving the problem of describing the splitting of a droplet of magnetic fluid, which lie on a horizontal solid partially wettable rubber substrate, in a magnetic field of a permanent magnet and an experimental determination of the type of dependence of the change in the height of a magnetic fluid's droplet in magnetic field.

In Ukraine, the research of magnetic fluids is carried out by a number of scientific organizations, such as Institute for Nuclear Research, V. I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Taras Shevchenko National University of Kyiv etc.

The main reason for the drop extension in the magnetic field is the reorientation of the magnetic domains within it. The magnetization of the liquid begins to increase. This makes a pressure along the axes in the drop, which causes the droplet to stretch and then split.

The experiment was carried out with three magnetic fluids with different components. The process of splitting under the experimental conditions is observed only for one which composition was unknown. It took an X-ray and carried out a qualitative phase analysis. Particles of the most probable size from 5,8 ± 1,0 nm to 8,7 ± 1,0 nm were obtained.

An experiment was performed to determine the dependence of the geometric parameters of the droplet of magnetic fluid in the magnetic field. The magnitude of the field and the height of the drop were measured. The experiment was carried out until the maximum value of the installation field was reached. The obtained dependence can characterize the hysteresis-free magnetization curve of the magnetic fluid. Approximation was carried out on the basis of arctangent functions.

The conditions for the rupture of a magnetic fluid droplet on a solid rubber partially non-wettable substrate in a magnetic field are investigated. Several magnetic fluids of different composition are considered. An optimal physico-mathematical model of the process is proposed. Experimental dependences of the discontinuity of a semibounded droplet of magnetic fluids in magnetic field, corresponding to the model taken, are obtained. The analysis is carried out within the framework of this model. In the chosen direction, the authors continue their research.