Ерстед Е - ампер на метр А
Перевести одиниці: ерстед [Е] ампер на метр [А/м]
Магніторушійна сила
Загальні відомості
У цій статті поговоримо про цікаві та незвичайніферомагнітні рідини. Якщо їх намагнітити, впливаючи ними магнітним полем, ці рідини формують цікаві складки лежить на поверхні. Феромагнітні рідини - це колоїдні системи, що складаються знаночастинокрозміром близько 10 нм, розподілених у зваженому стані у воді або в іншій рідині-носії. Більшість цих рідин-носіїв — органічні розчинники, тобто такі рідини, у яких можна розчинити іншу речовину.Колоїдні речовини- це рідини, що являють собою суміші рідини-носія і частинок іншої речовини. Зазвичай ці частинки не опускаються на дно як осаду, і це робить колоїдна речовина досить однорідним. Ця властивість особливо відноситься до феромагнітних рідин. На додаток до природних властивостей частинок залишатися зваженими у феромагнітній рідині, ці частинки покриті особливою речовиною, званою поверхнево-активною речовиною, яка запобігає злипанню частинок, і допомагає феромагнітній рідині залишатися рідиною.
Молекули поверхнево-активної речовини приєднуються до наночасток і оточують кожну частинку, створюючи таким чином буфер навколо частки. Притягання між наночастинками регулюєтьсяван-дер-ваальсовими силами, які слабшають зі збільшенням відстані між цими частинками. Тому коли відстань між наночастинками збільшується завдяки поверхнево-активній речовині, тяжіння між цими частинками слабшає.
У деяких випадках поверхнево-активні речовини працюють інакше. Їхні молекули приєднуються до наночастинки так, що їхзовнішня полярність однакова по всій зовнішній поверхні (наприклад, зовнішня оболонка набуває позитивного заряду). Таким чином, навколо кожної наночастки утворюється оболонка з певним зарядом. Так як оболонки всіх наночастинок заряджені однаково, вони відштовхують одна одну, тому що однакові заряди відштовхуються. Це і запобігає злипанню.
Ми трохи поговорили про рідини-носіях. Але з чого складаються самі наночастки? Іноді при цьому використовують частинки магнетиту — мінералу з магнітними властивостями.Магнетит- мінерал, що зустрічається в природі, який легко намагнітити. Варто зауважити, що у деяких особливих випадках магнетит має властивості постійного магніту, тобто у звичайних умовах його магнітні властивості постійні та незмінні. Частинки магнетиту в феромагнітних рідинах не є постійним магнітом, тобто їх можна намагнітити за допомогою магнітного поля, але це намагнічування пропадає, як магнітне поле перестає на них діяти. Також для виготовлення феромагнітних рідин використовують високодисперсні порошки металів, що мають магнітні властивості і деякі феримагнітні матеріали.
Феромагнітні рідини під дією магнітного поля - чарівне видовище. На поверхні утворюються складки, схожі на конуси, і при переміщенні магнітного поля ці складки рухаються за полем. Вони розташовуються по силових лініях, та його висота залежить від сили магнітного поля. Сила магнітного поля, своєю чергою, залежить від цього, як близько розташований магніт щодо рідини. Нижче ми обговоримо різноманітні застосування феромагнітних рідин. Всі ці застосування ґрунтуються на цій властивості феромагнітної рідини рухатися за магнітним полем.
Властивості феромагнітних рідин змінюються із температурою.При дуже високих температурах, відомих як температура або точка Кюрі, наночастки втрачають магнітні властивості і феромагнітна рідина перетворюється на звичайну рідину. Також, згодом поверхнево-активна речовина втрачає властивості, що відштовхують, і наночастинки злипаються, так що при цьому властивості феромагнітної рідини пропадають.
Використання феромагнітних рідин
Феромагнітні рідини реагують на магніт і йдуть за ним, тому за допомогою магніту їх можна або переміщати з місця на місце, або утримувати у потрібному місці. Завдяки цьому вони знайшли широке застосування у науці, техніці та медицині.
Як мастильні речовини
Феромагнітні рідини використовують як мастила в механізмах, що обертаються. Як і традиційні мастила, вони допомагають зменшити тертя між механічними деталями, але при цьому їхня головна перевага в тому, що за допомогою магніту або магнітного поля феромагнітні рідини легко утримувати в потрібному положенні.
У герметизуючих ущільненнях
У деяких випадках герметизуючі ущільнення можуть бути у вигляді рідини – у цій ситуації дуже зручно використовувати саме феромагнітні рідини. Їх використовують, наприклад, щоб герметизувати внутрішню частину накопичувача на жорсткому магнітному диску, в якій знаходяться електропривод шпинделя, жорсткі диски і сервопривід блоку головок. Магніти утримують феромагнітну рідину в потрібному місці, а вона, у свою чергу, не пропускає пил ззовні в гермозону жорсткого диска і допомагає запобігти пошкодженню дисків. Деякі виробники феромагнітних рідин продають для цих цілей саму рідину, а деякі розробляють і випускають повний комплект магніторідинних ущільнень, і не продають саму рідину окремо, щоб запобігти її неправильномувикористання.
У мистецтві
Деякі скульптори та художники використовують феромагнітну рідину для створення сучасних творів мистецтва. Окрім об'ємних та рухливих скульптур, які демонструють у всій красі гру складок феромагнітної рідини під дією магніту, художники створюють також плоскі картини з цієї рідини. Феромагнітні рідини не змішуються з водою та фарбами на водній основі, тому такі фарби та пігменти (наприклад, люмінесцентні) додають у феромагнітну рідину, а потім рухають її магнітом для створення барвистих форм. На сайті YouTube багато цікавих прикладів картин та скульптур з феромагнітної рідини.
У системах звуковідтворення
У електродинамічних гучномовцях систем звуковідтворення феромагнітну рідину використовують для охолодження звукової котушки. Через низьку енергетичну ефективність звуковідтворювальних систем, під час їх роботи більшість електричної енергії перетворюється на теплову, і це тепло може призвести до виведення з ладу звукової котушки, якщо її не охолодити. Феромагнітні рідини відводять це тепло від звукової котушки, а в зазорі їх утримує магніт, як і в інших системах, описаних вище.
Феромагнітні рідини використовують також для демпфування дифузора з котушкою на резонансних частотах. Це згладжує амплітудно-частотну характеристику динаміка. Для цього феромагнітні рідини поміщають у зазор між звуковою котушкою та магнітом.
При виборі феромагнітної рідини керуються знаннями про те, в якому середовищі її використовуватимуть. Так, наприклад, вибираючи рідину-носій або при виборі в'язкості феромагнітної рідини, враховують такі фактори як вологість навколишнього середовища, в якій ця рідина будевикористовуватися, чи пристрій, у якому використовується феромагнітна рідина, стикатися з водою.
В медицині
У медицині у феромагнітних рідин кілька застосувань. На даний момент вчені проводять дослідження щодо використання феромагнітних рідин як носіїв ліків та інших необхідних хворим на препарати. За допомогою магніту ці лікарські препарати переміщують у певну ділянку організму. Зазвичай в цьому випадку наночастки покривають шаром препарату, після чого феромагнітну рідину вводять в організм (найчастіше шляхом ін'єкції) і утримують на місці за допомогою магніту, доки препарат не чинитиме потрібну дію. Існує низка інших методів локалізованого введення лікувальних препаратів, але вчені сподіваються, що це забезпечить найбільшу точність.
Ще одне цікаве застосування феромагнітних рідин у медицині – теплотерапія певних ділянок тіла. Найчастіше вона використовується для знищення ракових клітин. Для цього феромагнітну рідину вводять в організм, а після цього змушують феромагнітні частки коливатися із високою частотою, використовуючи електромагніти. При цьому виділяється велика кількість тепла і високі температури руйнують тканини на цій ділянці, вбиваючи ракові клітини.
У діагностиці магнітних носіїв
Феромагнітні рідини використовують для визначення структури магнітних доменів різних магнітних носіїв, таких як накопичувачі на магнітній стрічці, жорсткі диски та кредитні картки. Також з їх допомогою перевіряють дефекти на поверхні матеріалів, що не мають відношення до магнітних носіїв, наприклад, зварювальних швів, а також природних мінералів та металів. Це застосовується, наприклад, у виробництві мініатюрних компонентів. Для цього поверхню матеріалу покриваютьферомагнітною рідиною, і вона розподіляється по цій поверхні відповідно до магнітного поля матеріалу. Після того, як рідина-носій випарувалася, на поверхні залишаються феромагнітні частинки, за якими визначають структуру магнітного поля поверхні. Зазвичай при цьому потрібен мікроскоп. Цей метод використовують не тільки для перевірки поверхні магнітних носіїв та матеріалів, описаних вище, а й у судово-медичній експертизі. Наприклад, за допомогою феромагнітної рідини можна визначити видалені в домашніх умовах заводські номери на вогнепальній зброї.
У теплообмінниках
Перегрів - поширена проблема в радіоелектроніці. Щоб уникнути поломки, електронні прилади потрібно охолоджувати. Феромагнітні рідини іноді використовують з цією метою, наприклад в гучномовцях і деяких мікроелектронних приладах. На початку цієї статті, коли ми обговорювали властивості феромагнітних рідин, ми вже згадували, що за високих температур (температур Кюрі) феромагнітні рідини втрачають магнітні властивості. Цю особливість феромагнітних рідин використовують у системах охолодження. Під час охолодження феромагнітна рідина, що утримується біля деталі, яку охолоджують, втрачає свої магнітні властивості після того, як у ній досягнуто температури Кюрі. Магніт перестає її утримувати і заміщає її холодна феромагнітна рідина, у якої ще є магнітні властивості. Нова рідина нагрівається, а нагріта охолоджується, і процес періодично повторюється. В цьому випадку магніт виступає в ролі насоса, так як він допомагає заміщати менш намагнічену гарячу рідину намагніченої більш холодної.