Ферромагнитная жидкость, домашние эксперименты

Учебно-исследовательская работа по теме “Ферромагнитная жидкость”

Международные дистанционные олимпиады «Эрудит III»

Доступно для всех учеников
1-11 классов и дошкольников

Рекордно низкий оргвзнос

по разным предметам школьной программы (отдельные задания для дошкольников)

Идёт приём заявок

Дистанционный тур Муниципальной научно-практической конференции

« Первые шаги в науке»

Полное название темы работы

Применение ферромагнитной жидкости

Название секции форума

Физика и познание мира

Фамилия имя отчество

Подолячин Артём Александрович 14.01.1996

Веселков Сергей Николаевич 19.04.1996

Домашний адрес автора

г. Шарыпово мк-рн Пионерный дом 163 кв.4

г. Шарыпово мк-рн Пионерный дом 155 кв.34

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя образовательная школа №2»

Место выполнения работы

Козиенко Мария Михайловна, МБОУ СОШ №2, учитель физики

Ответственный за корректуру текста работы

Козиенко Мария Михайловна, МБОУ СОШ №2, учитель физики

e-mail
Контактный телефон

Веселков Сергей Николаевич

Подолячин Артём Александрович
г. Шарыпово, МБОУ СОШ №2, 11 класс
«Ферромагнитная жидкость»

Руководитель: Козиенко Мария Михайловна, учитель физики.

Цель учебно-исследовательской работы: узнать о свойствах ферромагнитной жидкости и области её эффективного применения, установить возможность получения магнитной жидкости в домашних условиях. Методы исследования: изучение литературы, ресурсов Интернета, проведение опытов по получению ферромагнитной жидкости в домашних условиях. Результат: Получили представление о ферромагнитной жидкости и ее применении, изготовили самым доступным способом ферромагнитную жидкость в домашних условиях, проделали опыты по изучению ее свойств.

План исследовательской работы

Работа с источниками Интернета, изучение литературы.

Формулировка гипотезы, определение цели, задач исследования.

Сбор, систематизация и обработка материала по выбранной теме.

Осуществление практической части, проведение опытов в домашних условиях.

Нанохимия магнитных материалов – одно из наиболее активно развиваемых направлений современной нанонауки, – в последние годы привлекает все большее внимание исследователей из различных областей химии, физики, биологии и медицины. Магнитные материалы и феномен магнетизма знакомы человечеству на протяжении давнего времени, и хорошо известно, какую роль играют магнитные явления в жизни современного человека. Магнитные наноматериалы, к которым относятся магнитные нанопорошки, молекулярные магниты, магнитные жидкости, обладают огромным потенциалом и несут в себе если не технологическую революцию, то множество важных фундаментальных открытий и перспективных технологических применений.

В ряду магнитных наноматериалов большое место занимают ферромагнитные жидкости (далее – МЖ). Многолетний повышенный интерес к МЖ со стороны теоретиков и экспериментаторов, перспектива их широкого использования привели к тому, что к настоящему времени наука о магнитных жидкостях стала самостоятельной, чрезвычайно интересной и практически полезной областью исследований, находящейся на стыке физической химии коллоидов, физики магнитных явлений и магнитной гидродинамики. По мере изучения всего многообразия физико-химических свойств магнитных жидкостей и поведения МЖ при изменении внешних факторов спектр их практического применения в различных областях науки и техники расширяется, а потребность в стабильных магнитных жидкостях всё больше возрастает. Сейчас изучение МЖ активно продолжается сразу в нескольких развитых странах. « В западных странах, и США магнитная жидкость нашла широкое применения в космической промышленности («НАСА»), в самолётостроении, атомной энергетике. В России, напротив, использование магнитной жидкости до сегодняшнего дня не нашло широкого применения.» [6] Мы решили выяснить в своей работе, почему применение магнитной жидкости недостаточно развито в России. По мнению авторов книги «Применение магнитных жидкостей» Контарева А.В., Стадник С.В., Лешукова В.А.[1] это связано со слабым научно-технологическим уровнем страны, а также с отсутствием необходимых материальных вложений со стороны государства.

Гипотеза: Применение магнитной жидкости в России не нашло широкого применения по причине недостаточного развития индустрии внедрения новых технологий.

Основная часть

Цель работы: узнать о свойствах ферромагнитной жидкости и области её эффективного применения, установить возможность получения магнитной жидкости в домашних условиях.

изучить, сопоставить, систематизировать и обобщить материал из разных источников о магнитных жидкостях, теории и практики их получения и применения;

получить магнитную жидкость в домашних условиях;

провести опытно-экспериментальную проверку её свойств.

Объект исследования : ферромагнитная жидкость

Предмет исследования : Получение МЖ в домашних условиях и возможности применения магнитной жидкости.

«Магнитная жидкость (ферромагни́тная жи́дкость, феррофлюид) представляет собой устойчивую коллоидную систему, состоящую из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода.» [5]

Свойства МЖ определяются совокупностью характеристик входящих в нее компонентов (твердой фазы, жидкости-носителя и стабилизатора), варьируя которыми можно в довольно широких пределах изменять физико-химические параметры МЖ в зависимости от конкретных условий их применения. Это позволяет отнести магнитные жидкости к так называемым «умным» материалам.

«МЖ уникальны тем, что высокая текучесть сочетается в них с высокой намагниченностью – в десятки тысяч раз большей, чем у обычных жидкостей» [2]. Секрет такой высокой намагниченности заключается в том, что в обычную жидкость, например в жидкий углеводород, внедряется огромное количество мелких сферических частиц, которые представляют собой миниатюрные постоянные магниты. Каждый микроскопический постоянный магнитик хаотически вращается и перемещается в жидкой среде под действием теплового движения. Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты частиц, что приводит к изменению магнитных, оптических и реологических свойств раствора. Высокая чувствительность свойств раствора к внешнему полю позволяет управлять поведением магнитных жидкостей и использовать их в прикладных задачах. Каждая магнитная частица в магнитной жидкости покрыта тонким слоем защитной оболочки, что предотвращает слипание частиц, а тепловое движение разбрасывает их по всему объему жидкости. Поэтому, в отличие от обычных суспензий, частицы в магнитных жидкостях не оседают на дно и могут сохранять свои рабочие характеристики в течение многих лет.

Ферромагнитные жидкости теряют свои магнитные свойства при своей температуре Кюри, которая для них зависит от конкретного материала ферромагнитных частиц, ПАВ и несущей жидкости.

У ферромагнитных жидкостей очень высокая магнитная восприимчивость – достаточно маленького стержневого магнита, чтобы на поверхности жидкости с парамагнитнми свойствами возникла регулярная структура из складок.

Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным свойством. В ней, как и в любой жидкости, плавают тела менее плотные и тонут тела более плотные, чем она сама. Но если приложить к ней магнитное поле, то утонувшие тела начинают всплывать. Причем сильнее поле, тем более тяжелые тела поднимаются на поверхность.

« Процесс получения магнитной жидкости состоит из двух основных стадий : получения магнитных частиц коллоидных размеров и стабилизации их в жидкой основе. Основная особенность этого процесса состоит в том, что обе стадии совмещены во времени: чтобы предотвратить слипание частиц под действием сил притяжения, образование адсорбционных слоёв на поверхности магнитных частиц должно происходить в момент появления последних. Малые частицы можно получить, измельчая более крупные или выращивая их из молекул раствора.»[3]

Способы получения коллоидных систем МЖ можно разделить на методы диспергирования и методы конденсации.

Методы диспергирования заключаются в измельчении грубых частиц твердых тел до коллоидных размеров.

Важную роль в получении коллоидных систем играет пептизация высокодисперсных частиц, полученных тем или иным способом, в дисперсионной среде. Метод пептизации заключается в переводе в коллоидный раствор осадков, первичные частицы которых уже имеют коллоидные размеры.

Конденсационные методы основаны на соединении отдельных молекул или ионов растворенного вещества в агрегаты коллоидных размеров.

Обычно получение устойчивых магнитных жидкостей ведется при совокупности методов конденсации, диспергирования и пептизации.

Также ферромагнитную жидкость довольно просто сделать своими руками дома. Для этого необходимо масло (моторное или другое) и тонер (порошок) для лазерного принтера, чем дороже, тем лучше. Ингредиенты нужно смешать на глаз до густоты сметаны. Для лучшего эффекта можно погреть на водяной бане, помешивая, минут 20-30. Опыты по взаимодействию магнитной жидкости с магнитным полем подтверждают её высокую магнитную отзывчивость.

Поскольку МЖ представляет собой коллоидный раствор магнетита, она разрушается под действием сильных минеральных кислот.

Магнитная жидкость легко взаимодействует с различными материалами, поэтому может быть использована для изменения их магнитных свойств.

Магнитная жидкость хорошо растворяется в нефтепродуктах, поэтому может быть

использована для их удаления с поверхности водоемов.

МЖ на основе масла эффективнее снижают трение по сравнению с тем же маслом, поэтому их используют в качестве магнитных смазок.

тонер для принтера, магнитные смазки.

Обогащение (магнитная сепарация) руд: Руду помещают в магнитную жидкость, а затем нарастающим магнитным полем, воздействующим на нее, заставляют всплывать сначала пустую породу, а потом уже и тяжелые куски руды.

Машиностроение: магнитная муфта. «Для того чтобы продемонстрировать, что магнитная жидкость изменяет вязкость под действием магнитного поля, можно использовать магнитную муфту. Магнитная муфта предназначена для передачи крутящего момента с ведущего вала на ведомый без механического контакта. Муфта содержит магнитную жидкость. Под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по катушке, жидкость «твердеет», и тогда два вала начинают работать как единое целое. При отсутствии поля – крутящий момент не передается.» [2] Применение магнитной жидкости для уплотнения вращающихся валов позволяют существенно увеличить ресурс механизмов и снизить уровень шума. В некоторых механизмах применение магнитожидкостных уплотнителей не имеют альтернативы, так как имеют абсолютную герметичность. Утечки через магнитножидкостные уплотнения полностью исключены. Наиболее широко ее применяют для уплотнения – герметизации зазоров между движущимися частями машин.

Оборонная промышленность: радиопоглощающее покрытие самолетов-невидимок.

Медицина: магнитные жидкости могут использоваться в хирургии. Если расположить постоянный магнит в том месте, где хирург должен делать разрез, то пробка из магнитной жидкости, введенной шприцем в вену или артерию, будет перекрывать ток крови после разреза.

Магнитоуправляемые частицы магнетита используются для лечения рака. «Этот метод лечения (гипертермия) основан на том, что под действием переменного магнитного поля частицы магнетита разогреваются, подавляя рост раковых клеток.»[1]

Магнитные коллоиды можно применять в качестве контрастного средства при рентгеноскопии.

Чистка водоёмов от нефтяных загрязнений: На поверхность воды помещают нефть, таким образом, имитируется загрязнение нефтью водоема. Затем разбрызгивают небольшое количество магнитной жидкости, которая быстро и равномерно распределяется в нефтяном пятне. В воду погружают сильные магниты, и пятно начинает стягиваться к ним, здесь же его откачивают насосы. Вода вновь становится чистой.

Космонавтика: использование ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основы для системы стабилизации космического корабля в пространстве. Магнитное поле воздействует на ферромагнитную жидкость в кольце, изменяя момент импульса и влияя на вращение корабля.

Для нужд космонавтики предпологается также использовать маловязкую магнитную жидкость, полученную коллоидной подвеской магнитных частиц .

Читайте также:  Барбекю для дачи

«Соответственно, целью данного изобретения является создание топлива, которое может удовлетворительно управляться и, следовательно, использоваться в невесомости.

Другой целью данного изобретения является получение топлива, на которое может быть наложена искусственная гравитация посредством намагничивания.

Ещё одной целью данного изобретения является обеспечение непрерывности топливного потока и лёгкости перекачивания в условиях невесомости.» [4]

Применение магнитной жидкости в различных устройствах ограничено ее высокой стоимостью (лучшие ее образцы стоят сотни тысяч рублей за литр).

Для любых практических применений необходимо также дополнительно исследовать термофизические характеристики ферромагнитных жидкостей (включая диэлектрические характеристики). Сейчас разрабатываются устройства с ферромагнитными жидкостями для следующих областей применения:

Улучшенные методы охлаждения и электроизоляции силовых трансформаторов.

Магнитное обогащение руды и сортировка металлолома.

Успех в практическом применении ферромагнитных жидкостей даже в одной из этих крупномасштабных областей мог бы привести к значительному снижению цены на эти жидкости и открыл бы путь ко многим другим применениям. Например, объем (выраженный через доход) потенциального рынка трансформаторов с использованием ферромагнитных жидкостей оценивают в 0,5—1 млрд. долл.

Мы взяли тонер для лазерного принтера, смешали его с подсолнечным маслом до густоты сметаны и тщательно перемешали. В результате этих несложных операций получили ферромагнитную жидкость.

Затем мы воздействовали магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом, на эту жидкость, Сначала магнит находился под сосудом с жидкостью, в результате чего образовывался бугорок

После этого мы поднесли магнит к стенке сосуда с жидкостью и на опыте убедились, что жидкость поднимается по стенке сосуда вслед за магнитом.

Из проделанных опытов можно сделать вывод, что данная жидкость является магнитной .

Перспективы применения магнитной жидкости уже достаточно велики, однако широкому ее применению препятствует высокая цена и недостаточно разработанные технологии эффективного использования. По мере освоения этого вопроса ситуация может значительно измениться.

МЖ можно получить в домашних условиях несколькими способами. Мы в своем опыте использовали наиболее простой и доступный метод. Жидкость, полученная в домашних условиях, хорошо проявляет свои магнитные свойства, однако ее качество далеко от свойств высокотехнологичных МЖ.

Список использованной литературы:

Контарев А.В., Стадник С.В., Лешуков В.А. Применение магнитных жидкостей // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 10 – с. 67

Разумовская И.В. Нанотехнология. 11 класс. Учебное пособие – М.:Дрофа, 2009

Сенатская И.И., Байбуртский Ф.С. Жидкость, которая твердеет в магнитном поле//Химия и жизнь. – 2002. – №10.

Исследовательская работа Ферромагнитная жидкость

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

ученик 9 «А» класса

Ферромагнитная жидкость …. ……… 7

Экспериментальная часть….…………….. 9

Исследовательская работа по теме:

1.Понять, что такое «ферромагнитная жидкость».

2.Узнать, как получить ферромагнитную жидкость.

1.Узнать, что такое диа -, пара – и ферромагнетики.

2.Узнать, что такое ферромагнитная жидкость.

3.Определить отрасли применения.

4.Узнать, известно ли ученикам что-либо о данном веществе.

5.Получить, в домашних условиях, ферромагнитную жидкость. Провести опыты над ней.

В настоящее время магнитные жидкости активно изучают в большинстве развитых стран. Всё больше и больше магнитная жидкость “втекает” в повседневную жизнь. С невероятной скоростью учёные находят новые отрасли применения данной жидкости, но обычному человеку мало что известно о ней. Поэтому нашей основной целью является донести до простого человека, что такое ферромагнитная жидкость.

Ферромагнитная жидкость может менять форму в присутствии магнитного поля.

Опрос проводился среди учеников 9 и 11-ых классов. Вопросы были следующие:

«Знаете ли вы что такое ферромагнитная жидкость?»

«Слышали ли вы ранее о ферромагнитной жидкости, если да, то откуда?»

«Где бы могла применяться ферромагнитная жидкость?»

Из этих опросов можно сделать вывод, что ученики старших классов, совсем не знают, что такое ферромагнитная жидкость. А это говорит о том, что применение ферромагнитной жидкости в нашей стране минимально. Ведь если бы ферромагнитная жидкость применялась повсеместно то, кто, как ни подростки, проводящие в интернете большую часть времени, узнали бы первые об этом.

Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Магнитная проницаемость «м» у диамагнетиков близка к единице и не зависит от величины магнитного поля. (м 1).

Термин «Парамагнетизм» также ввёл в 1845 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа – и парамагнитные.

Примерами парамагнетиков являются: азот, воздух, кислород, эбонит, алюминий, вольфрам, платина.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), которые ниже определённой критической температуры (Точки Кюри) способны обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Примерами ферромагнетиков являются: кобальт, никель, железо и их сплавы.

Ферромагнитная жидкость – жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля.

Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. Для обеспечения устойчивости такой жидкости ферромагнитные частицы связываются с поверхностно-активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующим их слипанию из-за магнитных сил.

Ферромагнитные жидкости состоят из частиц нанометровых размеров (обычный размер 10 нм или меньше) магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо, взвешенных в несущей жидкости. Они достаточно малы, чтобы тепловое движение распределило их равномерно по несущей жидкости, чтобы они давали вклад в реакцию жидкости в целом на магнитное поле. Аналогичным образом ионы в водных растворах парамагнитных солей (например, водный раствор сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) придают раствору парамагнитные свойства.

1.Герметизатор в различного рода уплотнениях, подшипниках трения и качения, сложных узлах станков и машин (не позволяет жидкости вытекать из зазора, и работоспособность устройства увеличивается в пять раз).

1. Противоопухолевые препараты смешивают с магнитной жидкостью, вводят в кровь и располагают магнит у опухоли. Лекарство сосредоточивается у пораженного участка, не нанося вреда всему организму.

2. В качестве рентгеноконтрастных веществ для диагностики полых органов, т. к. коллоидные ферритовые частицы активно поглощают рентгеновские лучи.

1.Военно-воздушные силы США внедрили радиопоглощающее покрытие на основе ферромагнитной жидкости. Снижая отражение электромагнитных волн, оно помогает уменьшить эффективную площадь рассевания самолета.

1.NASA проводило эксперименты по использованию ферромагнитной жидкости в замкнутом кольце как основу для системы стабилизации космического корабля в пространстве. Магнитное поле воздействует на ферромагнитную жидкость в кольце, изменяя момент импульса и влияя на вращение корабля.

1.Ферромагнитная жидкость может быть использована в составе магнитножидкостного сепаратора для очистки от шлака мелкого золота.

1.Ферромагнитные жидкости используются для создания жидких уплотнительных устройств вокруг вращающихся осей в компьютерных жёстких дисках.

2.Ферромагнитная жидкость также используются в некоторых высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки.

1.Двухкомпонентный тонер с девелопером.

Процесс приготовления данной жидкости в домашних условиях весьма прост. Первым делом засыпаем тонер. Делаем это осторожно, чтобы не вдохнуть его. Затем льём масло, до консистенции сметаны, если смесь будет слишком жидкой, то магнитные свойства будут выражаться не так ярко. Для лучшего эффекта подогреваем смесь в течении получаса, при этом постоянно помешивая. Ферромагнитная жидкость готова.

Следующим опытом я наглядно доказал гипотезу «Ферромагнитная жидкость может менять форму в присутствии магнитного поля». На слайде видно, что при поднесении предметного стекла с данной жидкостью к магниту, жидкость меняет форму.

Завершая свою работу, я выполнил все поставленные задачи, а именно: узнал о диа-, пара-, ферромагнетиках, узнал, что такое ферромагнитная жидкость, где она применяется, и смог получить её в домашних условиях. Но самое главное то, что у меня получилось рассказать это простым языком, я смог донести эту информацию до людей не сведущих в физике или химии. Всё гениальное – просто.

Физика в средней школе: Теория. Задания.

Жилко, : учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / , , . — Мн.: Нар. асвета, 2002. — С. 291-297.

— Многообразие видов магнитного упорядочения в твёрдых телах

и др. Коллоидно-химические основы получения устойчивых золей ферромагнетиков в различных средах

, , Электрические свойства магнитных жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.

Исследование свойств ферромагнитной жидкости и возможность её применения в качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ)

Трехгорный Технологический Институт Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ

Токарев Артём Сергеевич, старший преподаватель кафедры технология машиностроения.

УДК 62-4

Актуальность: Многие вещества притягиваются магнитом, но есть и такие, которые отталкиваются. Во многих случаях это взаимодействие настолько слабо, что его удаётся обнаружить только приборами. Возможно ли усилить магнитные свойства материала и сохранить при этом другие характеристики? Например, инженеры уже большой промежуток времени мечтают о системах, которые позволят придать некоторым веществам либо телам магнитные свойства, при этом абсолютно не разрушая их структуры и почти не изменяя их начальные свойства. В данной статьи представлены рассуждения о магнитной жидкости.

  • провести исследования по обнаружению и наблюдению характера поведения ферромагнитной жидкости;
  • проверить теорию о затвердевании магнитной жидкости под напряжением величиной 12В;
  • проверить возможность применения феррофлюида в качестве СОЖ.
  • изучить ферромагнитную жидкость (ее природу и поведение);
  • изготовить данную жидкость «своими руками»;
  • провести эксперименты по подтверждению или опровержению характера поведения феррофлюида;
  • подобрать наиболее оптимальные пропорции в процессе изготовления феррожидкости (добиться максимального эффекта);
  • реализовать опыт, подтверждающий или опровергающий поведение ФМЖ под напряжением.

Научная новизна: Научная новизна данной статьи заключается в проведении экспериментов по наблюдению за поведением ферромагнитной жидкости, её изготовлению своими руками в домашних условиях и проверке мифа под названием «об затвердевании магнитной жидкости под напряжением». Также было высказано предположение о применении феррофлюида в качестве смазочно-охлаждающей жидкости.

Ферромагни́тная жи́дкость — жидкоcть, которая cильно поляризуется при действии на нее магнитного поля.

Феррофдюид предcтавляет cобoй cистему, сocтoящую из ферромагнитных частиц находящихся во взвешенном сocтоянии в несущей жидкости.

Феррoфлюид oбладает свoйствами нескольких сoстoяний материи. В нашем случае это два состояния суспензии: твердый металл и жидкость, в которой данный металл содержится. Споcoбность изменять свое cостояние под воздействием магнитнoго пoля пoзволяет использoвать ферромагнитные жидкoсти не толькo в качестве уплoтнителей и смазки, но и мoжет oткрыть другие применения в будущих нанoэлектрoмеханических системах.

Феррoмагнитные жидкости сoстоят из частиц дoстаточнo малых размеров (их обычный размер от 5 до 10 нанoметров) какого-либo материала, сoдержащего железo (например магнетита). Стабилизация данных частиц в среде происходит благoдаря веществам, которые препятствуют слипанию частиц, тем самым мешая крошечным частичкам oбразовать слишком тяжелые кластеры, т.е. поверхностно-активным веществам или пoлимерам.

Читайте также:  Создаём макет своего будущего дома

Молекулы ПАВ имеют «гoлoвку» и «хвoст», соответсвенно полярный и неполярный концы (или наобoрот); один из инх адсoрбируется к частице, а другoй прикрепляется к мoлекулам жидкости-носителя, образуя, соответственно, обычную или oбратную мицеллу вокруг частицы. В результате прoстранственные эффекты препятствуют слипанию частиц.

Феррoжидкости довольно устойчивы: их твердые частицы не слипаются и не выделяются в отдельную фазу даже при oчень сильном магнитном пoле. Тем не менее, поверхностно-активные вещества в сocтаве жидкости имеют свойство распадаться со временем (период распада примерно несколько лет), и в конце концов частицы слипнутся, выделятся из жидкости и перестанут влиять на реакцию жидкости на магнитное поле.

Несмотря на название, ферромагнитные жидкости не проявляют ферромагнитных свoйств, пoскoльку не сoхраняют oстатoчной намагниченнoсти после исчезновения внешнегo магнитного пoля.

У магнитных жидкостей oчень высокая магнитная вoсприимчивость, и для критического магнитнoго поля, чтобы возникли складки на поверхности, может быть дoстатoчно маленькoго стержневого магнита.

Магнитная жидкость имеет три уникальных сoбственности:

  1. Феррoжидкость пoддерживается силами магнитного поля (такoе свoйствo пoзволяет испoльзoвать ее в колонках, наушниках, акустически, шумоизоляции и многих других областях).
  2. Жидкость может принимать пространственные формы магнитного поля, которые проникают через нее (чтo может помочь в визуализации магнитных линий, протекающих через объект или использованы в художественных целях).
  3. Магнитная жидкость меняет вязкость в зависимости от изменения интенсивности магнитного поля.

Феррофлюид находит множество практических применений в повседневной жизни. Ниже представлены некоторые отрасли, в которых он применяется:

  1. Электронные устройства.
  2. Машиностроение.
  3. 3. Обороннаяпромышленность.
  4. Авиакосмическая промышленность.
  5. Теплопередача.
  6. Медицина.

Для того, чтобы определить свойства и поведение феррофлюида были проведены несколько испытаний.

Для проведения данных опытов нам понадобилось:

  • тонер для лазерного принтера (Content, HP LJ);
  • моторное масло;
  • мерная ёмкость (объёмом 200 мл);
  • магнит;
  • палочка из немагнитного материала.

Данный опыт разбили на несколько шагов:

Первым шагом было помещено в резервуар около одной трети (60 мл) масла и 6 г порошка:

  1. перемешали палочкой получившуюся жидкость. При данной операции наблюдалось изменение консистенции и, естественно, цвета смеси;
  2. поднесли магнит к нашей ёмкости. При его движении во всех направлениях плоскости стенки стакана раствор не реагировал.

Вторым шагом увеличили количество тонера. В ту же смесь добавили ещё 6 г тонера:

  1. размешали полученный раствор;
  2. при поднесении магнита к стенке стакана и его движении в разные стороны наблюдалась слабая реакция смеси, она вставала волнами в зоне действия магнитного поля.

Т. к. появлялся какой-то эффект, то т ретьим шагом было досыпано 6 г порошка в раствор достаточно вязкой консистенции:

  1. перемешали полученную помесь;
  2. к стенке ёмкости поднесли магнит и начали скользить им по стенке сосуда во все стороны плоскости. Смесь следовала за магнитом при данных действиях.

Для данного исследования был взят чистый резервуар.

Сначала в ёмкость добавили 20 мл масла и 6 г тонера:

  1. перемешали данную вязкую «кашицу»;
  2. поднесли и приложили магнит к стенке стакана. При движении магнита по стенке стакана обнаружилось, что наша жидкость определенной консистенции следует за магнитом, как это было в эксперименте №1.

После в приготовленную нами жидкость добавили 12 г порошка:

  1. перемешали раствор и увидели, что образовалась достаточно вязкая и грязевидная консистенция, следовательно использовать феррожидкость как СОЖ нельзя ;
  2. взяли магнит и подвели его к стенке стакана. При движении магнита во всех направлениях плоскости смесь довольно хорошо следовали за магнитом.

В итоге, исходя из данных, полученных при проведении этих экспериментов можно вывести зависимость высоты поднятия столба жидкости, следующей за магнитом от изменения количества тонера представленную в виде графика (Рисунок 1).

Рисунок 1– Зависимость изменения высоты поднятия жидкости под действием магнитного поля от количества добавленного тонера

Также был проведен ещё один опыт по опровержению или подтверждению так называемого «мифа о затвердевании жидкости» при прохождении через неё напряжения величиной в 12В (эксперимент №3).

Что будет нужно: аккумулятор, провода и феррофлюид.

  1. Был взят тот же феррофлид, который готовили для предыдущих экспериментов и подключен к нему аккумулятор с общим напряжением 12В посредством провода (с сечением 2,5 мм 2 ). При данном воздействии не наблюдалось никаких изменений, суспензия оставалась такой же вязкости, которой и была в начале эксперимента.
  2. Также провели этот эксперимент для нагретой жидкости. При нагревании данной жидкости и подаче того же самого напряжения жидкость никак не меняла своего поведения.
  • выведены наиболее оптимальные пропорции для приготовления жидкости в соотношении примерно 1:1;
  • доказан характер воздействия магнитных сил на феррофлюид;
  • опровергнут «миф о затвердевании жидкости» при действии на неё напряжением в 12В.

7.02.2017, 21:11 Феоктистов Игорь Борисович
Рецензия: Название данной статьи сразу вызвало у меня самый острый, живой интерес. Я надеялся найти в ней ответы на следующие вопросы (или хотя бы на часть их): -выбор основы, типа жидкой смазки по вязкости, химической и температурной характеристике, допустимости и необходимости применения присадок для изготовления ферримагнитной жидкости; – влияние типа и количества ферримагнитной составляющей, напряженности магнитного поля и температуры на вязкость и теплопроводность ферримагнитной композиции. Только эти параметры позволят оценить возможности использования композиции в качестве смазывающей или охлаждающей жидкости. Ни один из этих вопросов в статье не освещен и для отросли машиностроения статья не содержит полезной информации и не может быть рекомендована к опубликованию в журнале.

14.10.2017, 12:13 Петрухин Геннадий Михайлович
Рецензия: В статье поставлены цели, актуальность которых обосновывется только широкой областью применения магнитных жидкостей. Нет объективного анализа, обосновывающего необходимость проводимых экспериментов.Обобщающие выводы сделаны по результатам ограниченного числа экспериментов. Статья требует доработки.

8.11.2017, 4:02 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: “исходя из данных, полученных при проведении этих экспериментов можно вывести зависимость”, но при проведении экспериментов берете различное количество масла. График к какому эксперименту относится? “опровергнут «миф о затвердевании жидкости» – не обосновали математически после проведения экспериментов. Надо было использовать двухфакторный дисперсионный анализ или ПФЭ. Статья требует доработки.

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Ферромагнитная жидкость: удивительные инновации для многих нужд

Среди изобретений применяемых в современной электроакустике особый интерес представляет ферромагнитная жидкость. Сегодня на YouTube можно увидеть немало красивых фокусов с ее использованием, но дело даже не в этом. Появление это жидкости было напрямую связано с разработкой космической техники. Несмотря на своё происхождение сегодня это изобретение применяется во вполне земных устройствах, начиная от жестких дисков и заканчивая жидкостными компьютерами и крайне своеобразными часами, о которых уже писали на GT. Жидкость востребована в электронике, машиностроении, медицине, оборонке и массе других областей. Здесь мы расскажем как появилось это изобретение для космоса, как оно используется в экерктроакутике и какие споры ведутся любителями аудио вокруг его применения.


Стив Папелл и ферромагнитная жидкость

История создания и отказ от использования

Ферромагнитную жидкость создал американский ученый Стив Папелл более 50 лет назад. В то время Папелл работал инженером в NASA и участвовал в разработке двигателей для космических аппаратов.

Разработчик столкнулся с проблемой — нужно создать систему которая в заставляла бы топливо из бака перемещаться к отверстию через которое насос закачивает его в камеру сгорания. Если речь идёт о жидком топливе, то в условиях невесомости жидкость свободно левитирует в баке.

Для решения задачи ученый решил применить оригинальную идею — сделать топливо магнитным, смешав его с какой-нибудь массой обладающей магнитными свойствами. Таким образом, с применением внешних магнитов можно будет легко управлять топливом в баке.

Для реализации такого механизма управления лучше всего подходила жидкая субстанция. Через несколько недель экспериментов Папелл подарил миру ферромагнитную жидкость. Для создания своей жидкости ученый использовал двойной оксид железа магнетит (Fe3O4), который он измельчал смешивая олеиновой кислотой и затем добавляя органические растворители.

После завершения техпроцесса получалась коллоидная суспензия, которая содержала взвесь частиц магнетита размером 0,1 — 0,2 микрона, в соотношении: 5% частиц магнетита, 10 % модификатора, 75% растворителя (например масло). Молекулы олеиновой кислоты использовались как модификатор, который не позволял слипаться частицам оксида.

Изобретение инженера было запатентовано в 1965-м году US 3215572 A (Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles).

Изобретение Папелла было с восторгом принято его коллегами по научному сообществу и космическому агентству, позволило его имени остаться в истории физики. Однако, не смотря на интерес, NASA так и не использовало его идеи, главным образом потому, что было отдано предпочтение твердому ракетному топливу. Дальнейшие эксперименты с ферромагнитной жидкостью в NASA касались систем стабилизации корабля в пространстве.

Созданная Папеллом жидкость, оценивается как очень весомый вклад — этим изобретением он заложил основу одной из новых отраслей физического знания — феррогидродинамике. Дальнейшие разработки и внедрение ферромагнитной жидкости в производственную практику велись под руководством коллеги Папелла по NASA, Рона Розенцвейга. Работы проводились в корпорации AVCO, которая ставила целью коммерческое применение этого изобретения.


Рон Розенцвейг и ферромагнитная жидкость

Динамики с жидкостью

Сложно сказать, какая компания начала первой использовать ферромагнитную жидкость для производства динамиков. Компания SONY стала первым массовым производителем звуковых излучателей с ферромагнитной жидкостью, применив её для создания ВЧ-драйверов и широкополосников в 2012-м году. Сегодня, по данным www.czferro.com сегодня более 300 млн динамиков в год выпускаются с применением феррофлюида.

Жидкость применяется для отвода тепла от звуковой катушки, а также выступает в качестве дополнительного демпфера, который гасит паразитные резонансы. В существующих сегодня конструкциях ферромагнитная жидкость удерживается в зазоре между катушкой и магнитом благодаря воздействию магнитного поля, выполняя роль центрирующей шайбы.

В классической конструкции динамиков шайба обеспечивающая центрирование и амортизацию звуковой катушки напрямую связывает её (катушку) с диффузором. Исследования проведенные в SONY показали, что традиционная конструкция вносит больше искажений.

Дело в том, что шайба, фактически выступает как второй диффузор и соответственно создает колебания. Устранение шайбы сводит к нулю её влияние на звуковоспроизведение. При использовании жидкости возможно уменьшение расстояния между катушкой и диффузором, что позволяет свести к минимуму потери при передаче колебаний, сделать динамик более плоским и компактным (при сохранении прежнего уровня громкости)

Жидкость обеспечивает прирост громкости от 2 дБ и на 35% снижает энергопотребление. Соответственно конструкция повышает КПД динамика, при этом обеспечивая дополнительное демпфирование. Эффекты жидкости позволяющие увеличить демпфирование и снизить резонансы такого динамика были исследованы уже в 21-м веке aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.345854.

Читайте также:  Как подобрать цвет кровли и фасада

“Мокрые” против “сухих”

Появление нового типа динамиков ожидаемо вызвало реакцию в среде людей небезразличных к аудиоаппаратуре. Как водится разгорелись дискуссии, где мнения аудиофилов, меломанов и прочих сочувствующих разделились.

Традиционалисты “попробовав” новшество отметили ухудшение динамический (и в особенности “микродинамических”) характеристик. Критики особенно часто упирают на субъективные ощущения при прослушивании и авторитет своего экспертного опыта в аудио. Сторонники инновации отметили снижение искажений, более высокую верность воспроизведения и высокую громкость (учитывая размеры динамиков), при отсутствии объективных данных о том, чем плоха жидкость.

Дошло даже до того, что некоторые “смелые экспериментаторы” стали удалять жидкость из зазора и рассказывать о том, что “звук стал значительно лучше” (я устал комментировать такие вещи, поэтому как факт).

Кто-то также усиленно пытался культивировать стереотип, о том, что динамики с жидкостью устанавливают только в бюджетную аппаратуру, что также не соответствует действительности.

С шедеврами логики по этой теме от некоторых “умудренных жизненным опытом” любителей аудио образца 2012-го года можно ознакомиться здесь.

Со своей стороны хочу предостеречь желающих удалить жидкость из динамиков своей аудиосистемы, телевизора или ноутбука. Инженеры производителей не идиоты, и если бы они хотели применить конструкцию с шайбой они бы это сделали. Не являюсь большим экспертом в “микродинамике”, но вероятно, что любые динамические изменения при использовании жидкости будут находиться в пределах величин которыми можно пренебречь (если вообще будут).

Ферромагнитная жидкость одно из интереснейших изобретений прошлого столетия, внедрение которого только начинается. Её использование вместо центрирующей шайбы — одна из самых заметных и значимых инноваций в производстве динамических излучателей за последние 10 лет. Возможно статья кому-то покажется однобокой, но мне не удалось найти весомых аргументов в пользу того, что жидкость “вредит звуку” или как-то его портит. Если такие факты существуют — делитесь в комментах. Но пока, на мой взгляд — это исключительно благо.

В качестве завершения рекомендую к просмотру несколько потрясающе красивых роликов с ферромагнитной жидкости.

Занятые визуальные эффекты и скульптуры из ферромагнитной жидкости:


10 удивительных экспериментов с жидкостями

В домашних условиях можно сделать множество интересных научных экспериментов. В этой статье мы поговорим об экспериментах с разными жидкостями.

Чтобы вы могли попробовать некоторые опыты с жидкостями в домашних условиях, вам понадобится несколько простых ингредиентов, которые можно найти дома или купить в любом магазине.

На подготовку этих экспериментов вам не понадобится много времени, но результаты вас поразят.

Вот эти эксперименты:

Интересные эксперименты и опыты

(Детальное описание нужных ингредиентов и опытов после видео)

1. Эксперимент в домашних условиях: замедленный шар

– пластиковый контейнер в виде шарика.

1. Положите металлический шарик в пластиковый круглый контейнер.

2. Налейте в контейнер немного меда.

3. Закройте контейнер и пустите его с горки.

Глядите, как шарик медленно опускается, будто в замедленном действии.

2. Простой эксперимент: огонь с помощью воды.

– бутылка округлой формы.

1. Сложите лист бумаги пополам, и еще раз пополам.

2. Нарисуйте на сложенном листке бумаги черный прямоугольник.

3. Налейте в бутылку воды.

4. При солнечном свете наведите бутылку с водой на черный прямоугольник так, чтобы она действовала как лупа, и вы заметите, как бумага быстро поджигается.

3. Эксперимент с водой: волшебный не рвущийся пакет

– плотный полиэтиленовый пакет (желательно с застежкой)

1. Налейте в пакет воды и закройте его.

2. Держа пакет с водой, начните протыкать его карандашами, и вы заметите, что из пакета не выливается вода.

4. Домашние опыты: радуга из жидкостей

– пустая ровная бутылка

– жидкость для мытья посуды (в данном примере синего цвета)

– темный кукурузный сироп

– 2 пищевых красителей (желтый и красный).

Начните наливать жидкости в бутылку в следующей последовательности: 1. темный кукурузный сироп, 2. жидкость для мытья посуды, 3. Вода, покрашенная в желтый цвет, 4. Растительное масло, 5. Покрашенный в красный цвет изопропиловый спирт.

У вас получится радуга из жидкостей, налитых в одну емкость. Из-за разной плотности жидкости не сливаются.

5. Опыт в домашних условиях: невидимая бутылка

– маленькая стеклянная бутылка.

1. Наполните стеклянную емкость глицерином.

2. Вставьте в нее бутылку, и вы заметите, как она исчезает.

Все это связанно со светом и детальное объяснение данного феномена вы найдете в видео:

6. Физический опыт: танцующая жидкость

1. Насыпьте в миску 1/2 стакана кукурузного крахмала.

2. Добавьте 1/4 стакана воды и размешайте.

3. Постелите полиэтиленовую пленку на динамик.

4. Налейте в пакет содержимое миски.

5. Включите музыку, чтобы динамик заработал, и смотрите, как “танцует” ваша смесь.

7. Простой эксперимент: волшебное препятствие для воды

– горячая и холодная вода

– два пищевых красителя (в данном примере синий и желтый)

– 2 маленьких стакана

– пластмассовая доска или карточка.

1. Налейте в оба стакана холодную воду.

2. В одном стакане окрасьте воду в синий цвет, а в другом в желтый.

3. Поставьте пластмассовую доску на один стакан, переверните его и поставьте поверх другого стакана.

4. Аккуратно уберите пластмассовый барьер и наблюдайте, как смешиваются жидкости, становясь одной зеленой водой.

Но если в один стакан налить горячую воду и проделать шаги 1-4, то жидкости не будут смешиваться, оставаясь каждая своего цвета.

8. Эффект Лейденфроста

1. Поставьте кастрюлю на холодную плиту и налейте воду – ничего не происходит.

2. Нагрейте плиту до средней температуры и добавьте холодную воду – вода начинает бурлить.

3. Нагрейте плиту до максимальной температуры и добавьте немного холодной воды – вы заметите, как капли воды скользят по дну кастрюли, соединяясь в одну большую каплю, которая не бурлит, а спокойно скользит по кастрюле.

9. Простой опыт с водой: обратная иллюзия

– рисунок или надпись на бумаге

1. посмотрите на рисунок или надпись на бумаге через стакан.

2. теперь добавьте воду в стакан и снова посмотрите – изображение перевернулось.

10. Интересный эксперимент дома: возвращение жидкости

– широкая стеклянная емкость

– узкая стеклянная емкость

1. Наполните широкую и узкую стеклянную емкость кукурузным сиропом.

2. Вставьте узкую емкость внутрь широкой.

3. Прикрепите несколько офисных зажимов к краю широкой стеклянной емкости, чтобы они придерживали узкую емкость.

4. Налейте на дно каждого из трех маленьких стаканов кукурузный сироп, и окрасьте жидкость в каждом из них разными пищевыми красителями.

5. Возьмите 3 пипетки и наберите в каждую из них по одной окрашенной жидкости.

6. Из каждой пипетки выдавите по 1 капле жидкости внутрь кукурузного сиропа, находящегося в широкой стеклянной емкости.

7. Начните медленно поворачивать узкую емкость по часовой стрелке и следите за тем, как ведут себя капли раскрашенной жидкости – кажется, что они смешались и теперь образовывают размытые линии.

8. Теперь начните поворачивать узкую емкость в обратном направлении и следите за цветными полосками.

Описание данного феномена:

Некоторые считают жидкости нестабильными, и если их перемешать, то их больше невозможно вернуть в прежнее состояние.

Но если мы говорим о ламинарном течении, то все иначе. Если созданы определенные условия, то жидкости в одной емкости не перемешиваются, двигаясь параллельно, имея возможность вернуться в первоначальное состояние.

Главным показателем в этом случае является число Рейнольдса. В случае если данное число мало, то жидкости двигаются в параллельных слоях и не перемешиваются.


Ферромагнитная жидкость в бутылке или как убить время 🙂

Приветствую всех!
Есть такие вещи, которые вообщем то не несут большой полезности, но в тоже время могут скоротать время, повеселить или отвлечь человека 🙂 В категорию таких вещей я бы относ самую бесполезную вещь — коробку с которой вылазит котячья лапка и нажимает кнопку 🙂 Но речь сегодня не о такой вещи, а о штуковине которая поглотит вас на некоторое время. В сегодняшнем обзоре я покажу и расскажу о ферромагнитной жидкости в бутылке.

Доставка посылки заняла 2 недели почтой Китая. Сама посылка была небольших размеров — коробка с жидкостью была упакована в картонную коробку + скотч. При транспортировке ничего не повредилось.
Раскрыв коробку можно увидеть баночку и четыре магнита, два с удобными держателями для пальцев и два без креплений.

Магниты достаточно сильные, соединяя их друг с другом — нужно быть аккуратным, что бы не прищемить пальцы.

Немного описания и характеристик: (фото с инета)

— Колба/баночка с жидкостью в которой содержится ферромагнитное вещество.
— Материал колбы: стекло, запаянное горлышко.
— Высота бутылки: 9см, ширина: 5см, вес: 183 грамма.
Взглянем более детально на это магнитное чудо. Что бы понять как эта штука работает — достаточно поднести магнит к колбе. =)



Стоит соприкоснуться магниту и жидкости через стекло — черная жидкость внутри колбы стремится к магниту и в итоге принимает форму ёжика 🙂



Так как в комплекте находится два магнита — получается интересный режим для двух игроков).


С помощью двух магнитов можно разделить магнитную жидкость на 2 независимые части.


Встряхнув колбу — можно увидеть как черная жидкость расщепляется на мелкие шарики.


Вывод: Вещица забавная, может действительно привлечь внимание. Насчет полезности ничего не скажу, это бесполезная штука, но по своему интересная. Так что ради разнообразия или чего то нового вполне можно прикупить. Стоимость моего экземпляра 17$ и это копия оригинального продукта из kickstarter. Оригинал стоит от 30$ до 50$.
Распаковка, обзор и первое впечатление в видео:

Всех благодарю за просмотр! Надеюсь мой обзор был кому то полезен. Если у вас возникли вопросы касаемо данного товара — пишите в комментариях ниже и я постараюсь всем ответить!
Больше интересных обзоров на электронику и радио управляемые модели — смотрите у меня в профиле: mySKU.me/my/djkrava
Видео обзоры и распаковки этих и других интересных товаров у меня на канале:
www.youtube.com/

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Ссылка на основную публикацию