Ферримагнитная жидкость, которая знакома всем нам больше по красивым роликам с её участием в сети, была изобретена ещё более 50 лет назад. Планировалось, что она будет использоваться для упрощения управления топливом в космических кораблях с помощью внешнего магнитного поля. Но так уж получилось, что в космической промышленности её так и не стали использовать, но зато стали активно применять в других технических сферах. Не так давно я размещал про это заметку на канале.
Ферромагнитная жидкость простыми словами
Ферромагнитная жидкость простыми словами - это сочетание двух физических терминов. Ферромагнетик и жидкость. Про жидкость и так всё ясно - это агрегатное состояние вещества. А вот ферромагнетик - это вещество, которое способно обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля.
Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных наночастиц, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости. Для обеспечения устойчивости жидкости частицы связываются с поверхностно-активным веществом, образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующем их слипанию из-за ван-дер-ваальсовых или магнитных сил.
Очень важно отметить, что несмотря на название, ферромагнитные жидкости не сохраняют намагниченности. Они по сути дела только имеют интересное поведение в магнитном поле.
Снижение трения в машинах и механизмах
Факт того, что ферромагнитная жидкость - она и жидкость, и не очень весьма полезен. В машиностроении применение этому гибриду нашли довольно интересное. Ферромагнитная жидкость стала использоваться для понижения трения в некоторых узлах и для управления такими параметрами, как отскок амортизатора. Кроме того, в некоторых гидромуфтах её использовали как управляемое рабочее тело.
В случае повышения антифрикционных свойств - ферромагнитная жидкость размазывается по мощному магниту и тот удерживает частицы на своей поверхности. Частицы уменьшают трение и обладают хорошим антифрикционными свойствами, ну а удержание их магнитным полем на трущейся поверхности позволяет избежать их постоянного "выскальзывания" из зоны взаимодействия.
Для управления отскоком амортизатора используется способность ферромагнитной жидкости менять свою вязкость. Есть внешнее магнитное поле - жидкость более вязкая и амортизатор возвращается к исходному положению медленно. Нет поля - жидкость имеет низкую вязкость и амортизатор возвращается в исходное положение максимально быстро. Подобная схема вполне активно применяется на Ferrari.
А вот в так называемой инвалидке, родом из СССР, жидкость используется для блокирования муфты. Подали электрический ток на муфту и она передаёт усилие так как жидкость аналогична твёрдому телу. Сняли внешнее магнитное поле и жидкость перелилась в другую емкость, разблокировав муфту.
Стабилизация объекта
Несмотря на то, что изначальная идея использования жидкости в космической промышленности для управления топливом оказалась не особенно интересной, в космос это чудо природы всё равно попало. Вот только не с целью управления топливом, а для стабилизации объекта.
Помните пьющую птичку? Про неё был пост на моем канале. Там переливание жидкости заставляло птичку наклоняться. Теперь представьте, что движущей силой такого наклона стало бы не испарение специального раствора и последующая его конденсация, а перемещение жидкости по внутреннему резервуару. Вот и получили бы мы вполне себе управляемую систему. Направляем жидкость в сторону, противоположную отклонению и получаем уравновешивание.
Эта логика применялась на космических кораблях и водном транспорте.
Управляемое охлаждение
Что такое конвекция? Это форма передачи тепла, которая заключается в перемещении теплых слоев жидкости или воздуха выше холодных. Такая "обычная" конвекция может оказывать негативное влияние на работу систему охлаждения в микроэлектронике или подобных случаях. Там невозможно поставить помпу для организации обмена между холодным и горячим слоями. Она физически не влезет.
Но зато если использовать в качестве теплоносителя ферромагнитную жидкость, то можно повернуть конвекцию в нужном нам направлении.
Если воздействовать неоднородным магнитным полем на ферромагнитную жидкость, то возникнет сила, заставляющая частицы жидкости переливаться по направлению этого поля. Можно направить теплый поток против его естественного движения или организовать перемешивание без помпы. Это называется термомагнитная конвекция.
Яркий пример - использование ферромагнитной жидкости для отвода тепла в динамиках.
Жидкость занимает зазор вокруг катушки динамика, удерживаясь магнитным полем. При повышении температуры она становится менее магнитной. В итоге магнит, расположенный рядом с голосовой катушкой, которая нагревается, притягивает холодную жидкость сильнее, чем горячую и образуется постоянный обмен. Катушка постоянно омывается новой прохладной жижей. Жижу можно охлаждать принудительно или пассивно.
Герметизация соединений
Для тех, кто ещё не забыл, что помимо твердотельных жестких дисков существуют ещё и механические HDD, не станет открытием конструкция устаревшего диска. Специальный диск вращается на оси. Вот только если в систему попадёт хоть одна пылинка, то процесс считывания может происходить с ошибками, так как грязь будет мешать работе головки.
Можно сделать просто самый обычный сальник вокруг вала, который будет обеспечивать герметичность изделия. Но сальнику свойственно портиться, да и особо мелкие частицы будут через него пролезать внутрь закрытой конструкции. Поэтому, применяется уплотнение из ферромагнитной жидкости.
При работе диск создает магнитное поле, а его вполне можно использовать для притягивания к валу ферромагнитной жидкости, которая прекрасно заполнит пространство даже без минимального зазора.
Другие изделия и механизмы
Использование ферромагнитной жидкости в промышленности ограничено только фантазией инженеров. Настолько разносторонним образом можно применить это интересное изобретение. Зная основные свойства этой субстанции и имея реальные рычаги воздействия на неё, вполне можно придумать ещё множество подходящих областей применения. Генераторы, спортивные снаряды, стабилизаторы движения, гироскопы и множество самых разных механизмов могут быть модифицированы ферромагнитной жидкостью.
Обычно в интернете ферромагнитная жидкость больше известна по причудливым зрелищным роликам. Один такой я разместил в телеге проекта.
Пожалуйста, подпишитесь, лайкните материал и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для существования канала!
Не забывайте читать новые статьи на сайте проекта
Присоединяйтесь к Телеге проекта!
Ещё несколько интересных статей: