Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание магнитных жидкостей, сочетающих в себе значительную чувствительность к. магнитному полю и текучесть, привело к возникновению и развитию новых научных проблем физического, физико-химического и гидродинамического характера,а также развитию различных технических применений. В последнее время все больше внимания уделяется изучению явлений, происходящих на межфазных границах магнитная жидкость - немагнитная среда и магнитная жидкость - магнитная среда. Особый интерес представляют явления на межфазной границе между микрокапельными агрегатами и окружающей их магнитной жидкостью в связи с тем, что коэффициент поверхностного натяжения на этой границе принимает очень низкие значения. Кроме того, микрокапельные агрегаты, представляющие собой капли высококонцентрированной магнитной жидкости, взвешенные в жидкости слабой концентрации, обладают необычно внсоїсими для жидких сред значениями магнитной проницаемости.
Одним из наиболее информативных и надежных методов исследования сильных магнитных свойств конденсированной фазы является изучение закономерностей деформирования аикрока-пельных агрегатов в магнитном поле, а возможность управления деформацией микрокапельных агрегатов слабым внешним магнитным полем позволяет использовать магнитные жидкости, содержащие кикрокапельные агрегаты, для контроля магнитных полей рассеяния, з частности, в магнитной дефектоскопии. Поэтому в настоящее время актуальными являются исследования межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельными агрегатами, а также изучение особенностей процессов деформации и условий потери устойчивости их формы под воздействием магнитных полей. Результаты исследований в этом направлении кроме чисто научного интереса могут также иметь и практическое значение.
Цель работы - экспериментальное исследование межфазных явлений,возникающих в магнитных жидкостях с микрокалельнсй структурой при воздействии магнитного поля , а тькже разработка осксванных на этих явлениях практических применений таких сред.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое
исследование межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельными агрегатами, у которых поверхностное натяжение на границе с окружающей средой С5* варьировалось в широких пределах ( от Ю-4 дин/см до 1СГ2 дин/см ).Обнаружено влияние поверхностного натяжения межфазной границы на пороговый характер возникновения анизотропного рассеяния света такими жидкостями в слабых магнитных полях порядка нескольких эрстед. Вычислено гидродинамическое время деформации микрокапельных агрегатов в предположении об экспоненциальном характере уменьшения интенсивности анизотропно рассеянного света после выключения магнитного поля. Впервые оценена вязкость агрегатов, исследована их деформация в переменных магнитных полях низкой частоты и изучена зависимость проявляющихся при этом гистерезисных эффектов от частоты внешнего поля и поверхностного натяжения межфазной границы. Получены новые результаты в области исследования неустойчивостей межфазной поверхности при ограничении объема жидкости, выяснена зависимость характера неустойчивостей от поверхностного на-' тяжения и частоты переменного поля. Проведено систематическое изучение гексагональной структурной решетки, возникающей в тонких слоях (-10 мкм) магнитных жидкостей с микрокапель-ными агрегатами в постоянном и переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости слоя. Исследовано влияние поверхностного натяжения на образование таких пространственных структур. Показано, что при толщине слоя 10 ... 12 мкм и <>10-4дин/см происходит пороговое изменение.периода гексагональной структурной решетки при некотором критическом значении напряженности поля. Исследовано рассеяние света такой регулярной структурой, установлено, что скачкообразное изменение радиуса дифракционного кольца, полученного при колде-ниарном направлении лазерного луча и вектора напряженности магнитного поля, обусловлено продольными разрывами деформированных микрокапельных агрегатов.
Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты исследования межфазных явлений в магнитных жидкостях с микрокапельной структурой представляют самостоятельный научный интерес и могут быть использованы для развития теории магнитных жидкостей при наличии в них структурных обра-
- 5 -зований. Установленные закономерности поведения микрокапельных агрегатов в постоянном и переменном маг-нитном поле при различных условиях позволили' разработать магниточувствителъ-ную жидкость, обладающую высокой чувствительностью и разрешающей способностью, а также предложить новые способы и устройства для контроля полей рассеяния магнитных головок и сигналограмм.
На защиту выносятся:
установленная зависимость величины поверхностного натяжения межфазной границы в разбавленных образцах магнитных жидкостей от концентрации ПАВ в составе разбавителя;
экспериментально определенная зависимость значения напряженности порогового поля, в котором возникает анизотропное рассеяние света, от поверхностного натяжения на границе микрокапельный агрегат - окружающая жидкость;
результаты оценки эффективной вязкости микрокапельного агрегата;
выявленные закономерности поведения микрокапельных агрегатов в переменном магнитном поле низкой частоты и зависимость прояпляющихся при этом гистерезисных эффектов от частоты внешнего поля и поверхностного натяжения межфазной границы;
вывод о существовании критической зависимости характера магнитных неустойчивостей межфазной границы от поверхностного натяжения и частоты в переменном поле;
экспериментально установленные пороговые изменения структуры магнитных жидкостей за счет многократных разрывов микрокапельных агрегатов в магнитном поле, перпендикулярном плоскому слою,и-их зависимость от поверхностного натяжения межфазной границы и толщины слоя;
разработанная магниточувствительная жидкость, позволяющая визуализировать видеосигналограммы и сигналограммы с уровнем записи -23 дБ, определять поля рассеяния магнитных головок с шириной рабочего зазора.~ 1мкм, способ и устройства для определения напряженности магнитного поля.
Апробация работы. Материалы обсуждались и докладывались.- на Республиканском межотраслевом семинаре"Математи-':еское моделирование при проектировании магнитных головок
- 6 -для аналоговой и цифровой звукозаписи'(Вильнюс,1938); на XIII' Рижском совещании по магнитной гидродинамике(Рига, 1990);на 19 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений(Ташкент,1991);на IY Всесоюзном совещании по физике магнитных жидкостей(Душанбе,1988);на ХУІІІ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений(Калинин,1988);на 6 Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям(Плес,1991);на 5 и 6 Международных конференциях по магнитным жидкостям (Рига, 1989 и Париж, 1992). По теме диссертации опубликовано 16 работ, список которых приведен в конце реферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 166 страницах , содержит 58 рисунков и 89 наименований цитированной литературы. СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ