магнитном поле.
(Секция 2 –«Общая и теоретическая физика»)
Ставропольский край, г. Ставрополь
Ставропольский Дворец детского творчества, МАН, МОУСОШ № 25, 10 класс
Особенности движения падающей капли магнитной жидкости во вращающемся
магнитном поле.
Научный руководитель: , доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры общей физики Ставропольского государственного университета.
Магнитные жидкости (магнитные коллоидные наносистемы) являются уникальными жидкими средами способными эффективно взаимодействовать с внешними магнитными полями. Это возможно благодаря сильным магнитным свойствам однодоменных наночастиц, которые входят в их состав. Свойства магнитных жидкостей к настоящему времени считаются хорошо изученными, вместе с тем имеется сравнительно небольшое число работ, которые посвящены изучению движения ограниченных объемов магнитной жидкости в различных средах под воздействием внешних полей. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию особенностей поведения капли магнитной жидкости при воздействии на нее вращающегося магнитного поля, вектор напряжённости которого вращается в вертикальной плоскости.
Методика эксперимента состояла в следующем: вращающееся магнитное поле создавалось двумя парами взаимно перпендикулярных катушек Гельмгольца. На катушки подавались переменные напряжения одинаковой частоты со сдвигом фаз 90°. В области однородности магнитного поля располагалась стеклянная кювета, наполненная водой, в которой падала капля магнитной жидкости. Движение капли фиксировалось с помощью видеокамеры, что позволяло потом анализировать полученные данные на компьютере.
В ходе проведенных экспериментов было обнаружено, что при воздействии на падающую каплю вращающегося магнитного поля, наблюдается отклонение капли от вертикали, что, по всей видимости, обусловлено проявлением эффекта Магнуса. Анализ зависимостей величины отклонения капли от напряжённости магнитного поля позволил сделать вывод о том, что начальные отклонения капли от вертикали наблюдаются при воздействии на неё полей величиной порядка 20 Э. Как следует из анализа видеозаписей, в полях напряжённостью менее 20 Э капля сохраняет сферическую форму, а в полях величиной порядка 20 Э наблюдается трансформация сферической формы капли в форму слабо вытянутого эллипсоида вращения.
Были получены также зависимости величины отклонения капли от частоты вращения магнитного поля. Оказалось, что данные кривые имеют ярко выраженный максимум в области 10-12 Гц.
С целью исследования влияния сил межфазного натяжения на величину отклонения капли от вертикали была проведена серия аналогичных экспериментов с добавлением в воду некоторого количества поверхностно активного вещества (ПАВ).
Сравнительный анализ кривых полевых и частотных зависимостей величины отклонения капли, полученных при падении капли в чистой воде и при её падении в воде с добавлением ПАВ показал, что характер исследуемых зависимостей при добавлении в воду ПАВ сохраняется. Однако, минимальные отклонения капли от вертикали в этом случае наблюдаются в полях величиной уже 10 Э. Кроме того, величина отклонения капли во второй серии исследований оказывается значительно большей, а положение максимума частотной зависимости смещается в область меньших частот.
Таким образом, в результате проделанной работы был установлен ряд новых закономерностей поведения капли магнитной жидкости при воздействии на нее вращающегося магнитного поля. Результаты работы могут найти применение при конструировании технических устройств, в которых используются ограниченные объемы намагничивающихся жидкостей.
