Изучение намагниченности магнитной жидкости

нение напряжения питания в диапазоне от 9 до 15 В не оказывает влияния на достоверность обмена информацией.

Список литературы

1. Патент РФ № 2217359, МПК H04B3/54. Проводной канал телеметрической связи [Текст] / А. И. Иванов, А. И. Любимцев, Д. А. Насыров, А. Р. Нургалиев - опубл. 27.11.2003 г.

2. Патент РФ № 2381627, МПК Н04 Ь5/14, Н04 В1/56. Система дуплексной передачи информации по двухпроводной линии связи [Текст] / А. В. Шадрин - опубл. 10.02.2010 г.

3. Патент РФ № 2534026. Способ сопряжения передачи, приема информации и питания импульсным током в двухпроводной линии связи [Текст] / Ю. Б. Иванов - опубл. 26.09.2014 г.

ИЗУЧЕНИЕ НАМАГНИЧЕННОСТИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ Колпаков Артем Игоревич, студент гр. НМ-41б Шабанова Ирина Александровна, к.ф.-м.н., доцент Танцюра Антон Олегович, к.ф.-м.н., старший преподаватель Юго-Западный государственный университет

В статье рассматриваются результаты исследования намагниченности магнитной жидкости балистическим методом. Показана возможность определения размеров наночастиц из кривой намагничивания.

Актуальность работы связана с тем, что магнитные жидкости (МЖ) до настоящего времени остаются объектом, привлекающим широкий интерес исследователей. Это объясняется не только возможностью их практического применения, но и возникновением целого ряда физических проблем, касающихся только таких сред. Благодаря уникальному сочетанию таких свойств, как текучесть и способность взаимодействовать с магнитным полем, они обладают и рядом других особенностей, включающих оригинальные магнитомеханические, термомагнитные, магнито- и электрооптические свойства, исследованию которых посвящено достаточно большое количество работ.

Один из методов определения магнитных параметров МЖ, называемый магнитогранулометрическим методом, позволяет построить кривую намагничивания МЖ, зависимость намагниченности МЖ от напряженности магнитного поля. Данная зависимости дает возможность судить о размерах наночастиц и их взаимодействии с магнитным полем [1].

Хотя баллистический метод известен давно, но измерительная база его не подвергалась реконструкции с применением последних достижений измерительной и приборной техники. В исследовании проведена полная модернизации измерительной установки для анализа магнитных жидкостей магнитогранулометрическим методом. Преимущество данного метода заключается в том, что он абсолютный [2]. Блок схема модернизированной установки представлена на рис. 1.

Даная методика позволяет получить уточненные данные по зависимости и форме кривой намагниченности для малоконцентрированных магнитных жидкостей, а также установить детальную картину зависимости намагниченности в малых полях Н = 0 - 12 кА/м.

Ампула с образцом МЖ помещается внутри одной из двух одинаковых катушек индуктивности [3], включенных в противоположном направлении и установленных на вращающемся штоке. Затем измерительная ячейка помещается между полюсами лабораторного электромагнита и подключается к микровеберметру.

Рисунок 1 - Установка для определения кривой намагничивания магнитной

жидкости: 1 - катушки электромагнита; 2 - полюсные наконечники; 3 -установка для анализа кривой намагничивания МЖ; 4 - встречно намотанные измерительные катушки; 5 - микровеберметр; 6 - измеритель магнитной индукции; 7 - источник постоянного тока; 8 - аналого-цифровой преобразователь

При повороте штока ячейки на 180 наблюдается изменение магнитного

потока Фм: ЛФ = ^>(М"("М№ = 2^>MS, где S = *d2/4. Намагниченность может быть рассчитана по формуле:

M =

2ЛФ,

пй2ц0п

?

где d - внутренний диаметр ампулы, п - число витков в одной катушке, N -размагничивающий фактор. По этой методике относительная погрешность измерений составляет около 5%.

Начальную магнитную восприимчивость образцов МЖ можно найти по начальному наклону кривой намагничивания:

X о

_ M

да J Xо _ тт

UH J Н^о или H

Объемная концентрация твердой фазы ф* может быть определена из

ф р =р8-ф*

формулы смешения: 4 7, откуда

р ^

Ф* =-

Р8-Pf ,

= т

где V - плотность магнитного коллоида, т - его масса, V - объем

жидкости в пикнометре, р - плотность магнетита (5240 кг/м3), рf - плотность жидкости - носителя (для керосина -765 кг/м , для силоксана - 970

3

кг/м ). Вычисленная по приведенной формуле концентрация твердой фазы является приближенной, т.к. в ней не учитывается наличие ПАВ на магнитных частицах.

В некоторых источниках ф* предлагается вычислять по уточненной формуле:

р-р/

Ф* =-~-;

рт-р/ +а

?

где рр - плотность ПАВ, ^ - безразмерный коэффициент, учитывающий наличие ПАВ на частицах. В этом случае ошибка в определении ф * (при « =0) не превышает 4,5 %. Определение коэффициента ^ очень трудоемкий процесс, т.к. реальная магнитная жидкость обладает полидисперсностью, поэтому для начала необходимо определить распределение частиц по размерам в образце. Помимо этого в магнитной жидкости имеется ПАВ в свободном состоянии, т.е. ПАВ неадсорбированные на магнитных частицах, которое практически нельзя учесть.

В качестве предмета исследования были взяты образцы магнитных жидкостей, полученные в лаборатории наномасштабной акустики Юго-Западного университета методом химической конденсации. Характеристики образцов МЖ представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики образца магнитной жидкости

Образец МЖ р, кг/м3 Ф, % М, кА/м

МЖ 1 1296 11,9 27

МЖ2 1335 12,7 29

На рис. 3-4 представлены кривые намагничивания для образцов МЖ-1, МЖ-2.

30 г М,кА/м

25 -

♦ ♦ ♦

20

15 -

10 -

5 i

а)

Н, кА/м

0 '_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_L_

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

32 28 24 20 16 12 8 4 0

М,кА/м

0

0,1

б)

Рисунок 3 - а) Зависимость М(Н) для МЖ 1 б) Зависимость М(Н-1) для МЖ 1

30 25 20 15 10 5 0

М,кА/м

♦ ♦ ♦ ♦ ♦

1/Н,кА/м

0,2 0,3 0,4 0,5

0,6

Н,кА/м

_i_1_I

100

150

200

250

а)

32 г М, кА/м

28

24 -

20 -

16 12 8 4

1/Н, кА/м ♦

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

б)

Рисунок 4 - а) Зависимость М(Н) для МЖ-2 б) Зависимость М(Н-1) для МЖ-2

Таким образом, данный метод измерения намагниченности позволяет построить кривую намагничивания магнитных жидкостей. По начальному участку кривой можно определить размер «крупных» наночастиц образца. Конечный участок дает возможность судить о размере «мелких» наночастиц.

Научно-исследовательская работа выполнялась при поддержке стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (СП-2683.2015.1, конкурс СП-2015).

Список литературы

1. Полунин В.М. Электромагнитные эффекты, вызванные упругой деформацией цилиндрического образца намагниченной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1988. № 3. С. 43-50.

2. Шлиомис М.И. Магнитные жидкости // Успехи физ. Наук. 1974. Т. 112. № 3. С. 427-459.

3. Полунин В.М. Акустические эффекты в магнитных жидкостях. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 208 с. - ISBN 978-5-9221-0930-7

0

0