21
Удивительная жидкость
Н. А. МЕДКОВ
В этой статье будет рассказано о некоторых свойствах необъчного вещества — ферромагнитной жидкости — и о простых экспериментах с ней.
Если с твердыми магнитами человекачество знаком с древнейших времен, то ферромагнитные жидкости, то есть коллоидные растворы твердых ферромагнитков, были получены в 60-х годах нашего века. Сейчас эти новые вещества уже достигочно изучены и даже находят неокторое практическое применение.
Давайте и мы «познакомимся» с ферромагнитной жидкостью и ее свойствами.
Как приготовить ферромагнитную жидкость
Прежде всего вам понадобится касторовое масло (его можно купить в аптеке) и гидрат оксис железа Fe₂O₃ • nH₂O (он есть в школьном кабинете химии).
Автор этой статьи Илья Медков ученик 10 класса 204-й Московской школе.
В фарфоровоу ступку налейте 10—15 г масла и смешайте его с изменяенным ферромагнитком до образования жидкости, пожожей на густую сметану. Приготовленную смесь растрайте в ступке в течение 10—15 минут.
To, что у вас получилось, не есть настоящий коллектив раствор, так как частицы неоднородны и их размеры горизонтно больше, чем 10⁻⁹ м. (Для получения действительно коллективных растворов необходимо сложные аппараты, например вибромельница для изменения частицы и центрифуга для последующого разделения их по размерам.) Однако для изучения характерных свойства ферромагнитных жидкости данная смесь в полне подойдет.
В наших опытах в качестве источника магнитного поля мы использовали школьный демонстрационный электромагнит с обмоткой из 2400 витков. Питался он от сети переменного тока с напряжением 220 В через диодный мост (годятся любые диоды с максимальным током, больше
22
шим 0,5 А). Самое важное — выбор магнитопровода (сердечника электромагнита). Чтобы получить доста-
точно однородное магнитное поле, площадь секения магнитопровода должна быть не менее 8—10 см².
Его можно изготовить самим, набрав из тонких, хорошо изолированных друг от друга пластин, или можно воспользоваться съемным сердечником школьного демонстрационного трансформатора.
Приготовив ферромагнитную жидкость и собрав электромагнит, можете приступать к экспериментам.
Опыты и наблюдения
-
Поместите 30—40 г жидкости в мелкую чашку (обязательно из немагнитного материала!), поставьте чашку на торц магнитопровода и включите поле. Вы будете наблюдать поднятие жидкости в центре (в наших опитах оно составляет около 5 мм). Если смесь недостаточно хорошо перемешана или слищком велико содержание ферромагнитного порошка, получится «еж», такой, как на рисунке 1.
-
Тщательно перемешайте жидкость после предыдущего опыта. Если у вас получился «еж», приготовьте новую порцию смеси, с бóльшим содержанием масла. Снова поставьте чашку на торц магнитопровода, взьмите палочки из немагнитного материала и при включенном магнитном поле нарисуйте его какой-нибудь узор на поверхности жидкости (рис. 2,a). Подождите несколько секунд и выключите поле. Поверхность жидкости разглажится, и на ней будет еще виден контур нанесенного вам рисуника (рис. 2,б). Затем повторно включите поле — рисунок появится снова (рис. 2,в). Обыт можно продолжать несколько раз, включая и выключая магнитное поле.
На рисунке 2 изображены фото-graphии, полученные нами во время опыта. Одно и то же изображение нам удавалось «восстановлять» 5—6 раз, при этом четко рисука практически не умеешьлась (хотя интервалы между включениями поля достигали 20 и более минут).
23
- Для этого опыта вам понадобится очень сильное магнитное поле. Можно воспользоваться тем же электромагнитом, но на теоретическом подходе конус. Возле острия конуса магнитное поле будет наиболее сильным. Если капнуть на острие капельку жидкости и затем включить поле, жидкость мгновенно изменит цвет, став оранжевой или ярко-красной (в зависимости от ее состав).
Эксперименты закончены. Телерь подумаем, почему и как проискудят эти удивительные явления.
В первом опыта мы видели, что жидкость поднимается в центре сечения магнитопровода. Этот эффект известен под названием магнитостаческого и заключится в увеличении давления жидкости в области сильного поля.
Способность «запоминать» свойствена многоимогим материалов. Так и магнитная жидкость, однажды прияв форму, при которой ее энергия минимальная, снова «вспоминает» свое состояние при включении поля.
Другие опыта и наблюдения поставят обязывать сами.
Возможное практическое применение
Придумано много оструемых конструкций, использующих электromagнитные жидкости. Вот некоторые из них.
В высококачественных громкоговорителей в зазор между катушкой электронагнитна и его сердечником можно залить магнитную жидкость. Это позволяет значительное увеличение улучшить характеристики диамикков.
На основе этой удивительной жидкости можно создать специальный насос. Он представляет собой трубку из гибкого материала, помещенную вместе с электromagнитом в камеру с жидкостью. При включении электронагнита жидкость пульсирует, возникает деформация эластичной трубки, и нахождение в ней вещество перекачается в нужном направлении. Это несколько напоминает работу пищевода человека, отсюда и название: перистальтический насос. Такой насос можно использовать, например, для подачи топлива на космических кораблях.
Ферромагнитные жидкости можно применять также в магнитожидкостьх уплотительных подшипников турбин, в качестве теплопостелья в тепловых машинах и т. д.
Заключение
Эксперименты с ферромагнитными жидкостями очень интересны. Если вам понравились наши опыта, вы сможете продолжить их или придумать новые. Так, в популярных книгах по химии можно найти рецепт приготовления пирофорного железа. Это настоящее мелкий порошок, что он самопроизвольно загорается на воздухе (позетом будьте с ним осторожны!). Ферромагнитные жидкости, содержащие пирофорное железо, обладают очень интересными свойствами.
Катастрофа на экваторе
(Начало см. на с. 13)
Tri графика на рисунке, выражающие высоту кальминазии Солнца как функцию времени (даты) для трех точек около экватора, объясняют, в чем дело. Все три функции близки друг к другу и имеют два минимума (22 июня и 22 декабря), но лишь для одной из них (линия 6 — точка на экваторе) значения функций в этих точек одинаковы; для точки в южном полушарии (линия 8) наименьшее значение достигается в первом минимуме (22 июня), для точки в северном (линия а) — во втором (22 декабря).
Пунктные линии показывают, что все три графика получены из обычных синусoidальных кривых отражением относительно прямой α=90° той их части, которая лежит выше этой прямой (ведь по определенному Солнце не может поднять все точки зенита, для которой α=90°).
H. H. Михайленко