Многие из нас видели такой интересный состав, как ферромагнитная жидкость. Обычно она мелькает в тех или иных любительских видео, демонстрирующих ее занимательные свойства. Давайте для начала разберемся, из чего состоит подобная субстанция.
Ферромагнитная жидкость – это жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля. Такие жидкости состоят из взвеси частиц нанометровых размеров (обычный размер 10 нм или меньше) магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо. Под воздействием довольно сильного вертикально направленного магнитного поля поверхность жидкости с парамагнитными свойствами самопроизвольно формирует регулярную структуру из складок. Этот эффект известен как «неустойчивость в нормально направленном поле».
Основным качеством подобного класса жидкостей является способность управляться внешним магнитным полем и практически моментально (в течение нескольких миллисекунд) изменять свои свойства (вязкость, пластичность, упругость, оптические). Также изменяются теплопроводность, электропроводность, магнитная проницаемость.
Где используются ферромагнитные жидкости?
Ввиду уникальности свойств магнитные жидкости сегодня находят широкое применение в различных областях науки и техники.
Обработка поверхностей. Жидкости, управляемые с помощью внешнего магнитного поля, дают хорошие преимущества перед стандартными способами обработки поверхностей. Для этих процессов используется жидкость, содержащая железные частицы, абразивные добавки и воду. Под воздействием магнитного поля вязкость жидкости возрастает, при этом происходит ее разделение на 2 отдельных слоя: во внешнем слое содержатся ферромагнитные частицы, а во внутреннем слое находится жидкая часть с абразивом. Снаружи капля тоже покрыта тонким слоем жидкости с абразивом, которая постоянно движется благодаря ферромагнитной жидкости. Благодаря этим абразивным частицам и происходит обработка рабочей поверхности, а постоянное движение инструмента способствует уносу продуктов обработки из пятна контакта.
Постоянный унос продуктов обработки, малый перегрев поверхности, контролируемая сила воздействия обрабатывающего «инструмента» на поверхность дают совершенно уникальный подход для финишной обработки поверхностей и поэтому используются в оптической области и позволяют обрабатывать сферические, асферические, а также плоские детали. Кроме того, этот подход позволяет существенно ускорить процессы. Например, полутораметровое космическое зеркало может быть обработано с применением стандартных методов приблизительно за полтора года, в то время как с применением рассмотренной технологии — всего за 2 недели.
Однако у ферромагнитной жидкости есть и другие не менее полезные применения.
Протезирование. Был успешно разработан ножной протез, содержащий гидравлический амортизатор, заполненный магнитореологической жидкостью, который позволяет за весьма короткое время (в 20 раз быстрее, чем предыдущие варианты) реагировать на показания датчиков. Время реакции составляет порядка 40 мс, что равно такому же по времени отклику, как и у человеческого коленного сустава.
Демпфирование двигателей. У некоторых автомобилей двигатель снабжается дополнительными активными опорами, гасящими его вибрации, так как стандартная система амортизации не справляется с этой работой. Ещё одним примером из автомобильной сферы является применение активных опор для подвески автомобиля, где жёсткость подвески меняется всего лишь нажатием кнопки.
Уплотнение разнообразных вращающихся валов. Проявляют свои качества магнитные жидкости и в области уплотнения разнообразных вращающихся валов, где с их помощью удается успешно уплотнять вакуум, воздух, водяной пар, инертные газы и т. д. При этом уплотнение дает абсолютную герметичность и обеспечивает низкое трение.
Электронные устройства. Ферромагнитная жидкость используются в некоторых высокочастотных динамиках для отвода тепла от звуковой катушки. Она удерживается в зазоре вокруг звуковой катушки сильным магнитным полем, находясь одновременно в контакте с обеими магнитными поверхностями и с катушкой.
Горнорудная промышленность: Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным свойством. Как известно, в ней, как и в любой жидкости, плавают предметы менее плотные и тонут тела более плотные. Но если приложить к жидкости магнитное поле, более плотные предметы начинают всплывать. Прикладывая различное по напряженности магнитное поле, можно заставить всплывать предметы с какой-то заданной плотностью. Это свойство магнитной жидкости применяют для обогащения руды. Ее топят в магнитной жидкости, а затем нарастающим магнитным полем заставляют всплывать сперва пустую породу, а затем уже и тяжелые куски руды.
Экология: Огромный интерес для исследователей представляет возможность очистки сточных вод от нефтепродуктов с помощью магнитных жидкостей. В основе процесса лежит принцип омагничивания нефтепродуктов путем добавления магнитной жидкости в сточные воды и последующего отделения омагниченных нефтепродуктов специальными магнитными системами.
Некоторые ученые уверены, что будущее человечества за ферромагнитными жидкостями: с их помощью можно будет лечить серьезные заболевания, решать проблемы космического масштаба и использовать в промышленности на постоянной основе. Зная основные свойства этой субстанции и имея реальные рычаги воздействия на нее, можно придумать еще множество подходящих областей применения. А в какой сфере смогли бы использовать ферромагнитную жидкость вы?
___________________________________
Подписывайтесь, чтобы не пропустить интересные события: