WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 


На правах рукописи

Чуенкова Ирина Юрьевна

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ МАКРО– И МИКРОКАПЕЛЬ МАГНИТНЫХ КОЛЛОИДОВ

Специальность 01.04.07 – «Физика конденсированного состояния»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Ставрополь – 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» Федерального Агентства по Образованию, г. Ставрополь

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Кожевников Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Зубарев Андрей Юрьевич

доктор физико-математических наук, профессор Благин Анатолий Вячеславович

доктор физико-математических наук, доцент Михнев Леонид Васильевич

Ведущая организация:

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, г. Пермь.

Защита состоится 23 апреля 2010г., в 10 час. 00 мин., на заседании диссертационного совета Д 212.245.06 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова 2, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Автореферат разослан «____» ______________ 2010 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук                                         Лисицин С.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы определяется интересом к исследованию многообразия процессов, происходящих в равновесных формах ограниченных объемов (каплях) жидкостей под действием внешних полей. Известным является тот факт, что свойства вещества в ограниченных объемах отличаются от свойств вещества в объеме из-за проявления размерных эффектов. Наглядное представление об изменении свойств жидкости при переходе ее из свободного состояния в приповерхностное можно получить, рассматривая каплю жидкости или ее тонкий плоский слой. Диспергирование жидкости на капли, и поведение отдельных капель играет ведущую роль в технологиях нанесения покрытий, распыления топлива в двигателях, струйной печати, сепарации, капельного охлаждения и многих других. Разработаны принципиально новые эффективные электрокаплеструйные технологии для различных отраслей промышленности, исполнительным элементом которых является «управляемая» капля (органической или неорганической жидкости, капля эмульсии или суспензии биологических продуктов). Воздействуя на каплю, целенаправленно изменяют ее параметры и тем самым обеспечивают гибкость процесса управления. Несмотря на значительный интерес к рассматриваемой проблеме, до сих пор не найдено адекватного описания взаимодействия капель с внешними полями даже для  простых ситуаций. Большая часть исследований проведена для капель идеально проводящих жидкостей или идеальных диэлектриков. Вместе с тем, свойства реальных жидкостей, тем более, коллоидных, могут существенно отличаться от модельных представлений. Эффективность управления динамикой капель коллоидов и, в частности, магнитных, определяется уровнем понимания закономерностей их взаимодействия с внешними полями. Особый интерес вызывает взаимодействие капель таких коллоидов, как магнитные жидкости (МЖ), с электрическим и магнитным полями. Искусственно созданные высокодисперсные коллоиды ферро- и ферримагнетиков – магнитные жидкости сочетают в себе магнитные свойства в магнитном поле, свойства диэлектриков в электрическом поле и подвижность, характерную для классических жидкостей.

Относительный объем приповерхностных областей в каплях весьма значителен, поэтому взаимодействие капель с внешними электрическим и магнитным полями не может не зависеть от процессов, происходящих в приповерхностных областях. В настоящее время решены стационарные задачи о форме капли диэлектрика, учитывающие конвективный перенос заряда по ее поверхности в электрическом поле [1]. Между тем, теория и практика ставят задачу рассмотрения влияния динамических процессов, протекающих в приповерхностных слоях капель композиционных сред, на их деформацию и устойчивость в электрическом и магнитном полях. Моделирование деформации и устойчивости капель МЖ во внешних полях с анализом явлений, протекающих в приповерхностном слое, только начинается. Актуальность рассмотрения процессов, протекающих в объеме капли магнитной жидкости и ее приповерхностном слое, при взаимодействии с электрическими и магнитными полями заключается также в простоте и доступности экспериментальных исследований, высокой стабильности коллоида в отсутствии внешних воздействий и малом размере дисперсных частиц (~10 нм). Использование в данной работе магнитных жидкостей оправдано тем, что результаты, полученные для капель МЖ, остаются справедливыми как для известных магнитодиэлектрических коллоидов, композиционных сред, так и для вновь синтезируемых материалов с наноразмерными частицами. Вовлечение в рассмотрение коллективного поведения частиц твердой фазы в приповерхностном слое капли МЖ приводит к существенному расширению видения явлений на границе раздела фаз, обусловленных взаимодействием электрических, магнитных и поверхностных сил.

В данной диссертационной работе изложены результаты исследований, выполненных в 1985 – 2009 годах. Работа выполнялась в соответствии с Координационными планами АН СССР по направлению 1.3 «Физика твердого тела», постановлением Госкомитета СССР по науке и технике N 678 от 21.12.83 г. «О развитии работ по созданию и внедрению в народном хозяйстве оборудования, машин и приборов c использованием магнитных жидкостей», Комплексной программой Минвуза РСФСР  на период до 1990г. по проблеме «Магнитные жидкости», ежегодными планами НИР СевКавГТУ.

Цель и задачи исследования: целью работы является установление взаимосвязи механизмов деформации, потери устойчивости и распада на отдельные фрагменты капель магнитной жидкости в магнитном и электрическом полях с  процессами структурообразования твердой фазы в приповерхностном слое капель.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. Изучались гидростатические и гидродинамические ситуации, включающие истечение, деформацию и потерю устойчивости неподвижных и вращающихся капель магнитных жидкостей в электрическом и магнитном полях с одновременным  контролем параметров их формы и теоретическим анализом наблюдаемых явлений.
  2. Осуществлялся поиск и анализ взаимосвязи процессов структурообразования твердой фазы в приповерхностном слое под действием постоянного и переменного электрических полей с параметрами деформируемой капли магнитной жидкости.
  3. Выявлялись особенности электрофизических свойств приповерхностного слоя, обусловленные процессами  образования в нем динамических структур под действием постоянного и переменного электрических полей.
  4. Анализировались поверхностное и межфазное натяжения магнитных жидкостей различного химического состава и концентрации твердой фазы по фигурам равновесия капель во внешних полях.
  5. Проводились усовершенствование известных и разработка новых практических применений капель магнитных жидкостей, основанных на управлении их параметрами в электрическом и магнитном полях.

Научная новизна:

  1. Впервые дан теоретический анализ и проведены экспериментальные исследования динамики изменения формы капли магнитной жидкости при одновременном воздействии на нее стационарных магнитного и электрического полей. Показано, что капля МЖ как в электрическом, так и в магнитном поле до определенных напряженностей принимает форму, близкую к вытянутому вдоль направления поля эллипсоиду вращения. Установлено увеличение деформации капли при совпадении направлений электрического и магнитного полей и достижение компенсации деформации, если поля направлены ортогонально. Обнаружено, что в электрическом поле критической напряженности капля МЖ теряет устойчивость, которая выражается в заострении концов капли и отделении от них дочерних капель. Оценено влияние коллинеарного и ортогонального магнитных полей на критическую напряженность электрического поля.
  2. Обнаружено изменение формы капли, характера движения и порога устойчивости  капли МЖ во вращающемся магнитном поле при дополнительном воздействии стационарного электрического (магнитного) поля, приводящее к переходу вращательного движения в колебательное относительно вектора напряженности электрического (магнитного) поля. Определено соотношение напряженностей полей при критическом переходе вращательного движения капли магнитной жидкости в колебательное.
  3. Изучено взаимодействие капель МЖ, сформированных в агрегат, в зависимости от взаимных направлений и напряженностей электрического, магнитного полей, а также оси агрегата. Показано, что при изменении напряженностей и ориентации внешних полей капли могут как притягиваться, так и расталкиваться.
  4. Рассмотрено влияние структурной организации дисперсной фазы приповерхностного слоя капли МЖ в электрическом поле на ее деформацию. Систематизированы типы структурных образований и их трансформация в зависимости от величины, времени воздействия приложенного напряжения и толщины слоя МЖ,  выявлены новые динамические структуры в виде вращающихся колец, вихрей, «больших» лабиринтов размером до 5 мм.
  5. Впервые исследованы автоколебания постоянного напряжения на электродах ячейки со слоем МЖ, возникающие при протекании в ней постоянного тока, задаваемого внешним источником тока. Показано, что возникновение и прекращение автоколебаний сопровождается изменением структурной организации приповерхностного слоя.
  6. Установлено, что слой магнитной жидкости при наличии в нем структурных образований представляет как в постоянном, так и в низкочастотном переменном электрическом поле активную нелинейную среду, свойства которой зависят от толщины слоя; при одновременном воздействии постоянного и переменного низкочастотного электрических полей он может проявлять свойства как линейного, так и нелинейного элемента в зависимости от величины постоянного напряжения, амплитуды и частоты переменного напряжения.
  7. Обнаружены особенности электрофизических свойств структурированного

слоя МЖ, заключающиеся в том, что действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости магнитной жидкости в слое при одновременном воздействии постоянного и переменного низкочастотного напряжений может принимать отрицательное значение.

  1. Экспериментально получены данные по поверхностному натяжению магнитных жидкостей и обнаружено, что коэффициент поверхностного натяжения МЖ зависит от их химического состава, концентрации твердой фазы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля  Н 10 кА/м.
  2. Проведены оценки формы и объема свободной  невесомой капли, а также капли, истекающей из отверстия, в магнитном поле, получены количественные  оценки отклонения формы свободной капли от эллипсоида вращения, обнаружено изменение объема истекающей из отверстия капли МЖ при изменении напряженности воздействующего магнитного поля.
  3. При использовании слоя магнитной жидкости в качестве активного диэлектрика емкостного элемента последовательного колебательного контура показана возможность управления резонансным током и добротностью контура путем изменения напряженности постоянного электрического или магнитного полей.
  4. Разработан электрический способ диспергирования МЖ, позволяющий синтезировать эмульсии на основе магнитной жидкости с высокой концентрацией дисперсной фазы и, таким образом, повысить чувствительность эмульсии к магнитному полю. Оптимизирован состав магнитных эмульсий, использующихся в технике магнитной записи и дефектоскопии.

Достоверность:

достоверность представленных в диссертационной работе результатов обеспечивается использованием апробированных методик исследования, применением стандартных приборов и оборудования при проведении измерений, анализом погрешностей измерений. Основным экспериментальным методом является визуализация и контроль процессов взаимодействия капель МЖ с внешними полями, а также процессов структурообразования в приповерхностном слое капель МЖ при помощи современных методов цифровой фотографии и видеозаписи, компьютерной обработки экспериментальных данных. Короткие времена экспозиции и использование для наблюдений современных видеокамер позволяют наблюдать детали процессов с высоким временным и пространственным разрешением. В работе использованы только устойчивые высокодисперсные образцы магнитной жидкости. Сформулированные в диссертации научные положения и выводы не противоречат известным положениям физики конденсированного состояния, электрофизики и физики магнитных явлений; согласуются с накопленным опытом исследования капель магнитных и диэлектрических жидкостей. Основные результаты и сделанные выводы многократно доложены и обсуждены на Международных, Российских и других научных конференциях.

Область применения результатов:

  1. Проведенные исследования закономерностей устойчивого и неустойчивого состояния капель магнитной жидкости могут быть использованы для объяснения процессов, реализующихся на границе раздела несмешивающихся жидкостей, то есть в ситуациях, часто встречающейся в физике конденсированного состояния, коллоидной химии и химической технологии. Трактовка явлений неустойчивости полезна при электростатическом распылении инсектицидов и топлив, получении порошков тугоплавких металлов.
  2. С процессами образования динамических структур и реализацией неустойчивого состояния приходится сталкиваться при анализе грозовых явлений, града, воронок, смерчей, огней св. Эльма, плоских молний, торнадо и других явлений. Именно эти давно известные, но до сих пор полностью не осмысленные на физическом уровне природные феномены служат одной из причин интереса к возможности моделирования аналогичных процессов в лабораторных условиях.
  3. Практическую значимость имеют предложенный электрический способ диспергирования эмульгированных капель МЖ (А.с.[33]) и результаты оптимизации состава эмульсий магнитных жидкостей для дефектоскопии (А.с.[34, 37]).
  4. Полученные результаты используются в научно-исследовательской работе студентов и аспирантов кафедры Теоретической и общей электротехники СевКавГТУ, в учебном процессе при изучении дисциплин «Теоретические основы электротехники», «Техника высоких напряжений», курсов по выбору.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Результаты теоретического анализа и экспериментального исследования деформации и устойчивости капель магнитной жидкости при одновременном воздействии на них электрического и магнитного полей. Обнаруженную потерю устойчивости капель магнитной жидкости в электрическом поле и влияние на нее магнитного поля, направленного коллинеарно и ортогонально электрическому полю. Положение о трансформации капли из трехосного эллипсоида в эллипсоид вращения при ортогонально направленных электрическом и магнитном полях и вывод условий трансформации.
  2. Экспериментальное подтверждение модели взаимодействия капли магнитной жидкости с вращающимся магнитным полем при дополнительном воздействии стационарного электрического (магнитного) полей. Положение о критическом переходе вращательного движения капли магнитной жидкости в колебательное относительно вектора напряженности стационарного электрического (магнитного) поля и определение его условий.
  3. Результаты экспериментального исследования взаимодействия капель магнитной жидкости при одновременном воздействии на них стационарных электрического и магнитного полей, демонстрирующие отталкивание или притяжение капель в зависимости от взаимных направлений оси агрегата, векторов электрического и магнитного полей.
  4. Связь деформации капли магнитной жидкости с образованием динамических структур в ее приповерхностном слое и их трансформацией при изменении напряженности постоянного поля, времени его воздействия, а также толщины слоя. Выявленные закономерности динамики структурных образований дисперсной фазы магнитной жидкости в слое и новые типы структур, образующиеся в постоянном электрическом поле, а также при одновременном воздействии постоянного и переменного низкочастотного полей. Изменение структурных образований в зависимости от плотности задаваемого постоянного тока, протекающего через слой магнитной жидкости, в режиме автоколебаний постоянного напряжения.
  5. Положение о том, что при наличии структурных образований приповерхностный слой МЖ представляет как в постоянном, так и в переменном низкочастотном электрическом поле активный нелинейный элемент; при одновременном воздействии постоянного и низкочастотного переменного электрических полей слой МЖ в зависимости от напряженности постоянного поля, амплитуды и частоты переменного поля проявляет свойства как линейного, так и нелинейного элемента.
  6. Особенности электрофизических свойств структурированного приповерхностного слоя, заключающиеся в том, что действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости магнитной жидкости в слое при одновременном воздействии на него постоянным и переменным низкочастотным электрическими полями в зависимости от соотношения напряженностей полей может принимать как положительное, так и отрицательное значение.
  7. Экспериментально установленные зависимости коэффициента поверхностного натяжения магнитных жидкостей различного химического состава от концентрации твердой фазы в жидкости-носителе. Положение о независимости коэффициента поверхностного натяжения МЖ от напряженности магнитного поля Н 10 кА/м. Результаты анализа истечения капли МЖ из отверстия в горизонтальной плоскости, показывающие изменение ее формы и объема в зависимости от направления и напряженности воздействующего магнитного поля.
  8. Использование слоя МЖ в качестве активного диэлектрика емкостного элемента электрического колебательного контура, резонансные характеристики которого регулируются постоянным электрическим или магнитным полями.
  9. Способ электрического диспергирования капель МЖ и устройство для его реализации, позволяющие эмульгировать магнитные жидкости, плотность которых в 1,4…1,6 раз превышает плотность воды, и получать устойчивую эмульсию, которая обладает  повышенной  чувствительностью к магнитному полю.

      Апробация работы: проводилась на Всесоюзных конференциях по магнитным жидкостям (Плес, 1985, 1988, 1996, 2000); Рижских совещаниях по магнитной гидродинамике (Юрмала, 1987, 1990); Всесоюзном совещании по физике магнитных жидкостей (Ставрополь, 1986; Душанбе, 1988) Международных конференциях по магнитным жидкостям (Riga, 1989, 1995; Paris, 1992; Bremen, 2001; Delhi, 2003; Плес, 2002, 2004, 2006, 2008); III Конференции по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине (Сухуми, 1989), Научно-методических конференциях «Университетская наука–региону» (Ставрополь, 1997, 1998, 2004, 2005); XXIX научно-технической конференции (Ставрополь, 1999); Российской научно-практическая конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, 2001); XXX – ХХХVI научно-технических  конференциях СевКавГТУ (Ставрополь,  2002 –2008); VII Международной конференции "Современные проблемы электрофизики и ЭГД жидкостей" (Санкт-Петербург, 2003); III International Conference Fundamental Problems of Physics (Казань, 2005); IV Международной научно-практическая конференция "Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и механотронике" (Новочеркасск, 2005); II Международной научно-практической конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2006); Всероссийской научной конференции "Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем" (Ставрополь, 2007), XVI Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 2009).

       Основные результаты изложены в 54 публикациях, в том числе в 16 реферируемых работах из перечня изданий ВАК РФ:

Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Общий объем диссертации составляет 312 страниц, из них 141 рисунок, 10 таблиц; список цитируемой литературы состоит из 303 наименований.

       Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель работы, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор и анализ теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию статических и динамических процессов в ограниченных объемах жидкостей (каплях и слоях) при внешних воздействиях. Рассмотрены процессы взаимодействия капель диэлектриков с электрическими полями и капель магнитных жидкостей с магнитными полями. Приведены имеющиеся в литературе сведения о поверхностных и межфазных явлениях на границе раздела коллоидных, в том числе, магнитных, о процессах эмульгирования диэлектрических и магнитных жидкостей. Уделено внимание работам, посвященным процессам структурирования, происходящим на границе раздела фаз. Классифицированы типы агрегатов в объеме и слое магнитных жидкостей, образующиеся в магнитных и электрических полях. Проанализированы работы, в которых исследуются электрофизические свойства тонкого слоя диэлектрических и магнитных жидкостей и влияние на них электрического и магнитного полей. На основании литературного обзора сделано обоснование выбранного направления работы и показана актуальность сформулированных во введении задач исследования.

Во второй главе описан объект исследования – капли магнитной жидкости и установки для исследования их взаимодействия со стационарными и вращающимися электрическими и магнитными полями. Использованы капли магнитных жидкостей типа «магнетит – керосин», «магнетит – вода», «феррит кобальта–керосин», стабилизаторы – олеиновая кислота, олеат натрия и другие. Оценены погрешности измерений, которые составляют 1 % в определении напряженности магнитного поля Н, 10 % в определении напряженности электрического поля Е при разности потенциалов между электродами U = 0,2…1 кВ и 5 % – при U > 1 кВ. Показано, что во внешнем электрическом поле капля МЖ, взвешенная в немагнитной среде,  принимает форму, близкую к эллипсоиду вращения, длинной осью направленного вдоль вектора . В электрическом поле напряженностью E 70 кВ/м и магнитном поле напряженностью H 4 кА/м капли МЖ имеют идентичные формы. Деформация капли МЖ при одновременном воздействии коллинеарно направленных полей указанных напряженностей соответствует суперпозиции деформаций в каждом из них. С увеличением напряженностей магнитного и электрического полей экспериментально измеренная деформация капли превышает расчетную. Различие в деформациях связывается с образованием динамических структур в приповерхностном слое капли в электрических полях (рис.1 кривая 1 – деформация капли в электрическом поле, 2 – деформация капли в магнитном поле, 3 и 4 – расчетная и экспериментальная деформации капли в коллинеарных электрическом и магнитном полях). При достижении критической напряженности электрического поля возникает неустойчивость поверхности капли МЖ, выражающаяся в заострении ее концов и эмиссии дочерних капель из вершин. Коллинеарное магнитное поле напряженностью Н =7 кА/м приводит к незначительному увеличению критической напряженности электрического поля, а ортогональное поле той же напряженности уменьшает ее в несколько раз (рис.2). Зависимость деформации капли от напряженности электрического поля имеет гистерезис.

При анализе взаимодействия капли МЖ с электрическим и магнитным полями считается, что ее форма соответствует эллипсоиду вращения, поэтому за один из основных ее параметров  принимается эксцентриситет:

(1)

где а – большая, b – малая полуоси соответственно. Исходя из расчета сил, действующих на единичную площадку поверхности раздела двух диэлектриков в электрическом поле и двух магнетиков в магнитном поле, показано, что коллинеарно направленное электрическое поле является дополнительным фактором деформации капли МЖ в магнитном поле, а ортогонально –  приводит к компенсации деформации капли. В ортогональных полях капля МЖ, имея в общем случае форму трехосного эллипсоида, при определенном соотношении напряженностей полей трансформируется в эллипсоид вращения. Трансформация формы капли происходит при условии пропорциональности квадрата напряженности магнитного поля квадрату напряженности электрического поля, причем коэффициент пропорциональности k определяется магнитными и электрическими свойствами системы «капля МЖ – немагнитная среда»:

,  , 

(2)

где i e – поляризуемости вещества капли и среды, – магнитная восприимчивость МЖ в капле, nХ, nУ – деполяризующий и размагничивающий факторы вдоль осей х и у соответственно; при этом вектор напряженности электрического поля направлен вдоль горизонтальной оси ОХ, магнитного поля – вдоль вертикальной оси ОУ, , 0 , µ0 – электрическая и магнитная постоянные. Выражение (2) записано в представлении МЖ идеальным диэлектриком. С учетом накопления свободных зарядов qS на границе раздела трансформация трехосного эллипсоида в эллипсоид вращения выполняются при условии: 

       ,

(3)

,

(4)

,

(5)

Переход к магнитным и электрическим числам Бонда при расчете условий трансформации формы капли МЖ не устраняет размерного фактора, что связывается с возникающими структурными образованиями дисперсной фазы в приповерхностном слое капли в электрическом поле (рис.3). 

       При взаимодействии капли МЖ с вращающимся магнитным полем, она участвует в простом вынужденном движении – ее длинная ось вращается с угловой частотой . Направление большой полуоси капли при ее вращении отстает от направления поля на некоторый угол отставания [2]. Анализ зависимости полной энергии капли МЖ от эксцентриситета при определенных значениях напряженности поля и частоты свидетельствует о возможности как устойчивого (минимум), так и неустойчивого ее состояния (максимум) [3]. Экспериментально установлено, что при постоянной напряженности магнитного поля выше некоторой величины H >Н* с увеличением угловой частоты магнитного поля капля вытягивается, и при достижении критической частоты * теряет устойчивость, разрываясь на части, количество которых зависит от напряженности магнитного поля (рис.4). Капля превращается в цепь соединенных перемычками эллипсоидов, которые вращаются вокруг центра масс с угловой частотой, равной частоте вращения поля. При уменьшении угловой скорости после разрыва слияние капель происходит при частоте, меньшей частоты разрыва, и разница между этими частотами возрастает с увеличением напряженности поля. Если напряженность поля H < H* , то с увеличением частоты вращения эксцентриситет капли сначала растет, однако, начиная с некоторой частоты , уменьшается, и капля стягивается в сплюснутый эллипсоид вращения. После этого капля остается устойчивой при любом значении ω. При напряженности поля, равной Н*, наблюдается так называемый «предкритический» период, когда, начиная с некоторой угловой скорости, капля разрывается на две части, которые затем снова сливаются, и процесс повторяется. Увеличение напряженности поля при постоянной частоте вращения всегда приводит к неустойчивости капель с последующим их разрывом. Количество частей, на которые разрывается капля, при постоянной напряженности поля зависит от частоты вращения.

Наличие стационарного электрического поля ЕСТ, вектор напряженности которого ориентирован в плоскости вращения вектора НВР, приводит к изменению характера взаимодействия капли магнитной жидкости с вращающимся магнитным полем, особенно в области низких частот вращения. Полная энергия капли является функцией эксцентриситета и угла отставания, которые в свою очередь изменяются во времени. На основании анализа полной энергии капли и основного уравнения ее движения получены зависимости эксцентриситета капли и угла отставания от времени. Установлено, что эксцентриситет изменяется во времени по кривой, близкой к циклоиде с периодом, равным половине периода вращения магнитного поля, зависимость угла отставания от времени имеет вид:

,      

(6)

где КМ, КЭ – моменты соответственно магнитных и электрических сил, действующих на каплю. Для зависимостей эксцентриситета и угла отставания от времени получено удовлетворительное согласие теории и эксперимента (рис. 5 и 6). В слабых полях (Н < 2 кА/м, ЕСТ = 50 кВ/м) с увеличением частоты вращения

Рис.1 – Деформация капли МЖ диаметром d =1,95 мм в коллинеарных электрическом и магнитном  полях

Рис. 2 –  Потеря устойчивости каплей  в электрическом поле при Н= 0; Н = 2,4 кА/м;  Н=3,6 кА/м;  Н = 4,8 кА/м на: а)  соосное  поле,  б) ортогональное

Рис.3 –Зависимость от для капель  диаметрами d=1,52 мм (×), 2,10 мм (+) и 3,25 мм (•)

Рис. 4 – Этапы деления капли МЖ  во вращающемся  магнитном поле

Рис. 5 – Зависимость эксцентриситета капли от времени  в течение  периода вращения поля

Рис. 6 – Зависимость угла  отставания от времени в течение периода вращения поля (1–эксперимент; 2– теоретическая кривая)

максимальный эксцентриситет капли, определенный в момент времени, когда векторы и направлены вдоль одной прямой, стремится к нулю, то есть капля стягивается в сферу и остается целой при любых частотах вращения. С увеличением напряженности магнитного поля при постоянной напряженности электрического поля и частоте вращения подобного эффекта не наблюдается. Максимальный эксцентриситет капли при увеличении частоты вращения поля уменьшается незначительно, и, начиная с некоторого порогового значения напряженности, капля делится на две равные части. Несколько иная ситуация наблюдается, если изменяются напряженности электрического и магнитного полей, а частота вращения остается постоянной. С увеличением напряженности вращающегося магнитного поля всегда достигается разрыв капли. Увеличение напряженности ЕСТ при неизменной частоте вращения и напряженности магнитного поля приводит к тому, что капля прекращает вращаться, вместо вращения ее большой ось колеблется относительно вектора ЕСТ. Действие электрического поля приводит к увеличению эксцентриситета, в результате чего снижается устойчивость капли по отношению к разрыву.

        Одновременное воздействие на каплю МЖ вращающегося НВР и стационарного магнитных полей НСТ приводит в ряде случаев к эффектам, аналогичным действию дополнительного электрического поля: изменению эксцентриситета и угла отставания во времени. Деформация капель рассматривается при следующих взаимных направлениях векторов вращающегося и стационарного магнитных полей:

а) векторы и ориентированы в одной плоскости. Сложение векторов стационарного и вращающегося полей дает изменение модуля результирующей напряженности поля от минимального до максимального значения. На основании анализа полной энергии капли и основного уравнения ее движения также найдены зависимости и . Зависимость представляет циклоиду с периодом, равным периоду вращения магнитного поля, амплитуда колебаний которой возрастает с ростом НСТ .Зависимость при малых напряженностях НСТ близка к синусоидальной функции. Увеличение напряженности стационарного магнитного поля НСТ аналогично действию электрического поля  приводит к тому, что капля прекращает вращаться, вместо вращения наблюдаются колебания ее большой оси относительно вектора напряженности НСТ. Зависимость НВР (НСТ) при переходе вращательного движения капли в колебательное является прямой, угол наклона которой к оси абсцисс определяется при прочих равных условиях размером капли. Воздействие стационарного магнитного поля НСТ значительно повышает устойчивость капель к разрыву. Неустойчивость поверхности  капли не возникает во всем диапазоне исследуемых частот ( =0…20 c-1) и напряженностей полей (НС Т = 0... 4 кА/м, НВР= 0... 9 кА/м).

       б) векторы и ориентированы в ортогональных плоскостях. Капля МЖ деформируется и приходит в прецессионное вращение вокруг оси, проходящей через ее центр масс. При этом концы длинной оси деформированной капли описывают окружности в параллельных горизонтально расположенных плоскостях. При напряженности суммарного поля , меньшей некоторой критической величины Н*, увеличение частоты вращения поля приводит к уменьшению деформации капли (стягиванию ее в сферу). Величина Н* зависит от размера капли, частоты вращения магнитного поля, а также напряженности поля НСТ. При Н Н* деформация капли увеличивается, и при определенной частоте вращения происходит ее разрыв на несколько не равных по объему частей. Полученные зависимости Н* (НСТ ) в момент разрыва капли имеют минимум, положение которого сдвигается в сторону больших напряженностей НСТ  с уменьшением размера капли.

Взаимодействие объединенных в агрегат капель МЖ при одновременном воздействии на них стационарных электрического и магнитного полей исследуется при следующих взаимных направлениях в пространстве оси агрегата, задаваемого вектором , векторов и. 1. Векторы , и направлены коллинеарно. Характер взаимодействия капель зависит только от соотношения напряженностей электрического и магнитного полей. 2. Векторы и коллинеарны, вектор – ортогонален им. Действие полей независимо от соотношения их напряженностей приводит к расталкиванию капель. 3. Векторы и коллинеарны, вектор ортогонален и . Агрегат стремится развернуться своей осью так, чтобы вектор совпадал с направлением электрического и магнитного полей, и при угле между векторами , и , равном ~50о, агрегат распадается. 4. Векторы и коллинеарны, векторы и ортогональны. Агрегат не распадается при любых величинах напряженностей и . Увеличение Е при H =const приводит к деформации капель вдоль вектора с последующей характерной для капель МЖ потерей устойчивости в электрическом поле. Если агрегат состоит из трех и более капель, он разворачивается так, что вектор составляет некоторый угол с направлением векторов и , и в электрическом поле напряженностью Е 10 кВ/м капли располагаются хаотически.

Как показывает изучение свободной невесомой капли МЖ, ее способность деформироваться во внешних полях связана не только с магнитными и электрическими свойствами вещества капли и среды, но и с кинетическими процессами, протекающими в ее приповерхностном слое, в электрических полях.

В третьей главе рассмотрено возникновение и трансформация структур в приповерхностном слое капли МЖ в постоянном, переменном низкочастотном электрическом поле, а также при одновременном действии постоянного и переменного электрических полей. Установлено, что при воздействии постоянного электрического поля в слое МЖ происходит образование различных типов динамических структур, представляющих области повышенной концентрации твердой фазы. Проведен анализ структурообразования в тонком слое МЖ, при котором принимается, что структура состоит из проводящих частиц – «осадка» плотностью р, взвешенных в слабопроводящей жидкости – «газе» плотностью g.

Процесс образования структур представляется переходом частиц из «газа» в «осадок». При неизменном общем количестве частиц в объеме N=(p+g)dxdy динамика структурных образований описывается как [4]:

,

(7)

где , – массовые потоки «осадка» и «газа» соответственно, f – функция, описывающая взаимные переходы «осадок» / «газ» и зависящая от их плотностей, локальной концентрации ионов с и напряженности электрического поля E. В одномерном случае для периодического изменения скорости и плотности «осадка»   на основании (7) получено:

,

(8)

  где – вязкость, – размерный параметр неоднородностей, –коэффициент переноса частиц, – величина, ограничивающая плотность структур, – усредненная по вертикальной координате плотность частиц в однородном слое МЖ, – коэффициент, зависящий от напряженности поля, – волновое число. Показано, что коэффициент отвечает за режимы образования и трансформации структур в пространстве и во времени. Он характеризует формирование ячеистой структуры в слабых полях, в сильных полях  –  трансформацию и объединение «динамических» структур, а также образование вихрей. Вид кривой определяется напряженностью поля E. При коэффициенте и малой напряженности поля E структуры в слое МЖ не образуются, и он сохраняет стабильное однородное состояние  (рис.7, кривая 1). При тех же параметрах слоя с увеличением напряженности поля при =0,55…0,95 величина становится положительной (рис. 7, кривая 2), что указывает на формирование и объединение «динамических» структур со средним размером .        

Если толщина приповерхностного слоя много меньше диаметра капли, то его можно рассматривать как локально плоский [5], поэтому для экспериментального исследования процессов структурообразования в электрическом поле плоскопараллельную стеклянную ячейку с напыленными электродами из In2O5SnO2 заполняют слоем МЖ типа «керосин – магнетит». Толщина слоя составляет d = 20…200  мкм и  задается изолирующей прокладкой  с точностью ±5 мкм. Концентрация твердой фазы в МЖ составляет = 2…6%, образцы получают разбавлением исходного образца с = 14 % жидкостью-носителем. Формирование структур также рассматривается при протекании через ячейку постоянного тока, задаваемого источником тока. Оптические наблюдения слоя МЖ сопровождаются регистрацией изображений в проходящем и отраженном свете с помощью цифровой фотокамеры. Используются режимы съемки одиночных изображений с разрешением 2592Х1944, серии изображений с интервалом 1 с, видеофильмов с разрешением 640Х480, 320Х240 и частотой съемки 10, 15 кадров/с соответственно [6].

       Установлено, что под действием постоянного электрического поля в слое МЖ появляются динамические структуры, представляющие области повышенной концентрации твердой фазы. Структуры возникают за счет перераспределения локально заряженных областей повышенной концентрации твердой фазы во времени. Образование структур носит пороговый характер, пороговое напряжение UПОР ≅ 6 В. Форма, размеры и подвижность структур изменяются в зависимости от величины и времени воздействия напряжения (таб. 1, 2). Ячеистая структура неподвижна, лабиринтная структура перемещается со временем в межэлектродном пространстве. В отраженном свете при этом наблюдаются автоволны, обнаруженные в работе [7]. Если после восстановления макроскопической однородности на слой МЖ вторично воздействовать постоянным напряжением, в нем образуются структуры, отличные от структур, наблюдаемых при первичном воздействии. В зависимости от постоянного напряжения UП  в слое МЖ толщиной 20…25 мкм образуются следующие типы структур:

  • UП  < 11…12 В  –  формируется ячеистая структура.
  • UП 11…12 В – в течение ~ 5 минут формируется новая, не наблюдаемая ранее структура в виде вращающихся колец, размер которых увеличивается в течение 30 минут (рис.8). Формирование колец происходит в несколько стадий. Сначала на фоне уже существующей ячеистой структуры образуются области повышенной концентрации твердой фазы в виде капель размером 50…100 мкм. Затем капли объединяются в цепочки, цепочки замыкаются в кольца, внешний диаметр которых составляет 150…400 мкм. После установления равновесия в слое сосуществуют структуры двух типов: микрокапли, если размер структуры составляет менее 150 мкм, и кольца, если размер структуры составляет более 150 мкм. Кольца совершают вращательно–поступательное движение в горизонтальной плоскости межэлектродного пространства со скоростью v = 100…200 мкм/мин, направление движения носит случайный характер. Частота вращения колец составляет ~ 1 об/мин, часть колец вращается по часовой стрелке, часть – против часовой стрелки. При сближении структуры объединяются, концентрация твердой фазы в кольцах и каплях со временем увеличивается. В отраженном свете  при UП 11…12 В одновременно с образованием структуры в форме колец возникает поверхностная волна, распространяющаяся по кольцу. Направление вращения поверхностной волны и кольца совпадают, при этом частота вращения волны составляет приблизительно 100 об/мин,  кольца  –

1 об/мин. При объединении микрокапель в цепочки волна с частотой ~ 2 Гц распространяется по цепочке, при закручивании цепочки в кольцо волна начинает распространяться по кольцу.

  • UП  17…18 В – возникает «движущаяся» структура, которая перемещается в горизонтальной плоскости слоя, кольца и капли разрушаются. Скорость перемещения «движущейся» структуры зависит от напряженности поля. Появление «движущейся» структуры в слое приводит к образованию спиральных волн, наблюдаемых в

Таблица 1. Типы структурных образований в слое МЖ толщиной d = 150 мкм и картина, наблюдаемая в отраженном свете, в постоянном электрическом поле

Способ

наблюдения

Напряжение

UП, В

Проходящий свет

Отраженный свет

6–16

Ячейки со средним размером 0,03–0,3 мм

Изменение цвета от темно–синего до малинового

16–26

Разрыв ячеек и переход к лабиринтной структуре

Возникновение и синхронизация

автоволн с одним или несколькими пейсмекерами

26–65

Лабиринтная структура

Хаотизация поверхностных волн

65–90

Переход лабиринтной структуры в ячеистую

Возникновение спиральных волн, гасящих пейсмекеры

90–250

Увеличение размера ячеек

до 3 мм

Спиральные волны

Таблица 2. Типы структурных образований в слое МЖ толщиной d = 80 мкм  и картина, наблюдаемая в отраженном свете, в постоянном электрическом поле

Способ

наблюдения

Напряжение 

UП, В

Проходящий свет

Отраженный свет

6–14

Ячейки со средним размером 0,03–0,3 мм

Изменение цвета от темно–синего до малинового

14–22

Разрыв ячеек и переход к лабиринтной структуре

Возникновение и синхронизация

автоволн с одним или несколькими пейсмекерами

22–30

Лабиринтная структура

Хаотизация поверхностных волн

30–50

Лучистая вихревая структура, медленно перемещающаяся в

межэлектродном пространстве

Зарождение спиральных волн

50–250

Уменьшение размеров лучистой вихревой структуры и увеличение скорости ее  перемещения

Спиральные волны

отраженном свете. При увеличении напряженности поля размер раскручивающихся спиралей уменьшается, количество центров спиральных волн увеличивается (рис.9).

  • UП 24…25 В – образуются вихри, которые вращаются как по часовой стрелке, так и против нее, центры вихрей перемещается в горизонтальной плоскости (рис.10). Через  тридцать секунд после зарождения  вихрь теряет устойчивость и разрушается. На протяжении всего времени существования вихря из его центра распространяется раскручивающаяся спиральная волна с периодом ~ 0,3 с, направление которой противоположно направлению закручивания потоков агрегированных частиц в центре вихря, при этом центры спиральной волны и вихря совпадают. Через ~ 10 с после зарождения вихря из его центра начинает распространяться еще одна раскручивающаяся спиральная волна. Период второй волны равен периоду первой, амплитуда и скорость больше. После излучения второй волны вихрь теряет устойчивость и разрушается.
  • UП > 26 В – прекращение образования вихрей из-за увеличения скорости «движущейся» структуры и хаотизации движения структур

               При одновременном воздействии на слой МЖ постоянного и переменного низкочастотного напряжений образуются структуры, отличные от структур, наблюдаемых при воздействии каждым из полей. Основной особенностью образующихся структур в слое толщиной 20…25 мкм постоянного и переменного низкочастотного напряжений является формирование «больших» лабиринтов (размером 5 мм) с разделяющими их ячейками при амплитуде переменного напряжения Um = 30 В, частоте f = 5 Гц и постоянном напряжении UП 10 В.  Процессы образования различных типов структур отражены на фазовой диаграмме (рис 11), где для частоты f =3 Гц границы изменения типов структур обозначены точечными линиями, для f = 6 Гц – сплошными, для f =10 Гц – пунктирными линиями. Диаграммы имеют идентичный вид в диапазоне частот f = 3…10 Гц. Различие заключается в том, что при увеличении частоты граница «лабиринтная – движущаяся структура» сдвигается в сторону больших напряжений. Увеличение постоянного напряжения при прочих равных условиях приводит к укрупнению лабиринтной структуры и появлению микрокапельной структуры. Увеличение частоты f >10 Гц при прочих равных условиях приводит в возникновению структур, подобных образующимся при воздействии только постоянного напряжения, однако микрокапельная структура и «большие» лабиринты отсутствуют. Переменное напряжение частотой  f = 30…100 Гц не оказывает  влияния на процесс образования динамических структур в постоянном электрическом поле.

При воздействии на слой МЖ постоянным током, задаваемым включением последовательно с источником постоянного напряжения резистора сопротивлением R1= 1…10 МОм, в слое МЖ обнаруживаются структуры, аналогичные ранее рассмотренным: ячеистая и лабиринтная. Воздействие на слой МЖ постоянным  током

плотностью  j= 0,021 А/м2  (при R1 = 1,5 МОм) приводит к возникновению автоколебаний постоянного напряжения на электродах ячейки (рис.12). Под постоянным напряжением при автоколебаниях понимается постоянная составляющая напряжения на ячейке. Форма, частота и амплитуда автоколебаний изменяются при увеличении плотности тока (рис. 13). Автоколебания наблюдаются при  j <  0,1 А/м2, после чего становятся неустойчивыми и исчезают. При уменьшении плотности тока возобновление автоколебаний происходит до j = 0,048 А/м2 . В режиме автоколебаний происходит переход  ячеистой структуры в лабиринтную, которая сохраняется до

Рис. 7 – Зависимость от для трех режимов: 1– однородный осадок ( = 25, = 2, = – 0,1), 2– образование ячеистой структуры ( = 45, = 2,  = – 0,1), 3– «динамические» структуры ( = 70, = 0,5 и = 0,1)

Рис. 8 –  Стадии образования вращающихся колец при UП = 11 … 12  В: a – 1 мин, b – 2 мин, c – 3 мин, d – 5 мин

а)  б)

Рис.9 – Спиральные волны при:

а) – UП =27  В, b) – UП  =18 В

Рис. 10 – Образование a) и разрушение b) вихря в слое МЖ толщиной

d = 20 … 25 мкм при

UП = 24 – 25  В

Рис. 11 – Фазовая диаграмма структурных образований в слое МЖ при воздействии постоянным и переменным U f=6 Гц, 1 – отсутствие структур, 2 – «движущаяся» структура

Рис. 12 – Автоколебания постоянного напряжения на электродах ячейки при плотности тока j: a – j =0,025 A/м2,

б – j = 0,048 A/м2, в – j =0,085 A/м2

исчезновения автоколебаний, средний размер лабиринтной структуры при увеличении плотности тока увеличивается от 500 до 2000 мкм. Если сопротивление внешнего резистора  составляет R1 >1,5 МОм, форма и амплитуда автоколебаний напряжения не зависят от внешнего сопротивления, параметры автоколебаний определяются только свойствами слоя МЖ.

       Проведенные исследования показывают образование и трансформацию динамических структур в приповерхностном слое капли МЖ в постоянном, переменном низкочастотном электрическом поле, а также при их одновременном воздействии. Информация о структурном состоянии слоя МЖ позволяет использовать ее для анализа ряда его электрофизических свойств.

В четвертой главе рассмотрены электрофизические свойства приповерхностного слоя МЖ в постоянном, низкочастотном и высокочастотном электрических полях, причем в высокочастотном поле – резонансным методом. Электрофизические свойства слоя МЖ изучены также при одновременном воздействии на него постоянного и низкочастотного (высокочастотного) электрических полей. На основании измерения постоянного и переменного тока, протекающего через ячейку, постоянного и переменного напряжения и сдвига фаз между переменным напряжением и током при условии, что ток имеет синусоидальную или близкую к  ней форму (когда высшими гармоническими составляющими переменного тока можно пренебречь) определены емкость и проводимость ячейки, заполненной слоем МЖ. Ток определяется как падение напряжения на известном сопротивлении шунта Rш. Погрешность определения мгновенных значений тока и напряжения не превышает 3 %, угла сдвига фаз между– 1% при частоте  напряжения  f = 3…10 Гц и 2% при  f = 10…100 Гц, постоянного напряжения  – 1 %, резонансной частоты  – 1 %.; емкости и сопротивления  ячейки – 2% при  f = 3 … 100 Гц и не более 5%  при f = 100 … 1000 Гц. Емкость ячейки со слоем МЖ толщиной 20…30 мкм при частоте 1…10 Гц, рассчитанная на основании измерений тока, напряжения и угла сдвига фаз, составляет 10-6–10-7 Ф, емкость, обусловленная прокладкой – на два порядка меньше. Однако уже при частоте 10… 100 Гц емкость, обусловленная слоем МЖ, становится сравнима с емкостью прокладки, что учитывается в расчетах. Емкость ячейки со слоем МЖ толщиной d = 150 мкм в высокочастотном электрическом поле рассчитывается из резонансного режима при  использовании его в качестве активного диэлектрика емкостного элемента последовательного колебательного контура:

(9)

где ωр  – резонансная частота, L – индуктивность катушки. В расчетах учитывается емкость, обусловленная прокладкой, так как площадь прокладки составляет ~ 40% общей площади ячейки. Схема замещения ячейки представляется в виде двух параллельно соединенных емкостей, первая из которых обусловлена прокладкой, вторая – слоем МЖ. Емкость прокладки составляет СП = (110 ±2)10-12Ф, емкость слоя МЖ С = (220 ± 4)10-12 Ф и не изменяется при воздействии постоянного напряжения UП.=0…300 В. Отсутствие зависимости емкости ячейки от постоянного напряжения, обнаруженной в работе [8], связано с различной частотой переменного напряжения, при которой она определяется.

Постоянная GПОСТ и  переменная GПЕР составляющие  активной проводимости ячейки со слоем МЖ толщиной d = 150 мкм в резонансном режиме зависят от величины постоянного напряжения, зависимость аппроксимируется суммой экспонент:

(10)

В качестве постоянного напряжения на ячейке берется его постоянная составляющая (нулевая гармоника напряжения после быстрого Фурье преобразования), в качестве постоянного тока – нулевая гармоника тока, протекающего через ячейку. Удельная проводимость ячейки со слоем МЖ толщиной d = 20…30 мкм на постоянном токе при одновременном воздействии постоянного и низкочастотного переменного напряжений зависит от величины постоянного напряжения и частоты переменного напряжения. При расчетах удельной проводимости слоя МЖ проводимость прокладки не учитывалась, так как .

       Согласно вольтамперным характеристикам (ВАХ), построенным по результатам измерений постоянного тока, протекающего через ячейку, и постоянного напряжения на ней, слой МЖ является нелинейным элементом. С увеличением толщины слоя МЖ его вольтамперная характеристика стремится к линейной (рис.14). ВАХ слоя МЖ толщиной d =20…30 мкм, построенная по действующим значениям тока и напряжения низкой частоты, также нелинейная, причем нелинейность наиболее выражена на частотах 4… 6 Гц (рис. 15). При одновременном воздействии на слой МЖ толщиной 20…25 мкм постоянного и низкочастотного напряжений в зависимости от амплитуды, частоты переменного напряжения, а также  величины постоянного напряжения он проявляет свойства как линейного, так и нелинейного элемента (рис.16). Ячейка со слоем МЖ считается линейным элементом, если амплитуда высших гармоник в спектре тока составляет менее 10% амплитуды первой гармоники. Воздействие постоянного напряжения на ячейку при заданном переменном напряжении приводит к изменению формы переменного тока и знака угла сдвига фаз между напряжением и током. Так, при постоянном напряжении UП =0 и переменном напряжении Um=4 В, f= 6 Гц форма тока близка к синусоидальной (рис. 17 кривая 1), ток опережает по фазе напряжение на ячейке. При этом в слое МЖ наблюдается ячеистая структура. С увеличением постоянного напряжения UП >8 В ячейка переходит в нелинейный режим работы. Этот процесс сопровождается переходом ячеистой структуры в лабиринтную структуру. При UП > 22 В ток снова становится синусоидальным, однако отстает по фазе относительно напряжения (рис.17 кривая 2). В слое МЖ возникает «движущаяся» структура. При воздействии переменного напряжения  Um=25 В, f =6 Гц ячейка работает в нелинейном режиме даже при UП =0. Если ячейка работает в нелинейном режиме, то увеличение частоты также приводит к изменению формы переменного тока, при f > 30 Гц ячейка работает в линейном режиме. Пошаговое изменение постоянного напряжения UП  с интервалом 2 В и выдержкой его в течение 1 минуты на каждом шаге приводит к различиям в прямой и обратной ветвей ВАХ слоя МЖ, которые обусловлены изменением процесса структурообразования во времени.

Из анализа ампер-временных характеристик нулевой гармоники тока, построенных при различных постоянных напряжениях UП, следует, что ток увеличивается с увеличением постоянного напряжения, и изменяется наиболее интенсивно в слое толщиной d =80 мкм при UП = 50 В, общий вид ампер-временных характеристик сохраняется для слоя МЖ толщиной  d 220 мкм.

Так как ячейка со слоем МЖ является несовершенным диэлектриком, диэлектрическая проницаемость в переменном поле представляется комплексной величиной [9].

,

(12)

где

,,

(13)

Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости слоя МЖ при воздействии переменного низкочастотного напряжения и UП = 0 с ростом частоты уменьшается (рис. 18, кривая 3). Увеличение постоянного напряжения при воздействии переменного напряжения амплитудой Um=4 В, частотой f=6 Гц приводит к тому, что действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости при работе ячейки в нелинейном режиме, рассчитанная по первым гармоникам тока и напряжения, принимает отрицательное значение (отмечено знаками +++ на кривых 1 и 2 рис.18). В области постоянного и переменного напряжений при отрицательных значениях увеличение частоты переменного напряжения в диапазоне f = 8…20 Гц приводит к изменению знака , при этом ячейка остается работать в нелинейном режиме. Линейный режим, в котором принимает отрицательное значение, наблюдается в частотном диапазоне 3…8 Гц при UП > UПКР, где UПКР – критическое напряжение, пропорциональное амплитуде и частоте переменного напряжения (рис. 16). Область 1 на рис. 16 соответствует линейному режиму, область 2 – линейному режиму с отрицательной . Отрицательная действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости также обнаружена в тонком слое коллоидной системы с наноразмерными частицами Ва0.8 Rb0.4 Tio(C2O4)2 в растворе силиконового масла при воздействии переменного электрического поля частотой  f ~ 1Гц и дополнительном воздействии постоянного поля напряженностью Е 150 кВ/м [10].

Если слоя МЖ использовать в качестве активного диэлектрика емкостного элемента последовательного колебательного RLC контура, то управлять его свойствами в режиме резонанса возможно воздействием постоянного электрического или магнитного полей. Показано, что постоянное  напряжение увеличивает добротность контура от 4 (UП = 0 В) до 11(UП = 250 В) при толщине слоя МЖ  d = 150 мкм. Резонансная частота не изменяется  при постоянной  толщине слоя МЖ и воздействии UП =0…250 В, однако при увеличении толщины слоя увеличивается от 6 кГц

Рис. 13 – Изменение в зависимости от UП: 1 – постоянного тока; 2 – амплитуды 3 – частоты автоколебаний; Кривые (a) повышение напряжения, (б) – понижение напряжения

Рис.14 – ВАХ ячейки на постоянном токе для слоя МЖ с = 2% толщиной, мкм: 1 – d = 20; 2 – d = 40; 3 – d = 80; 4 – d = 110;

5 – d = 150; 6 – d = 220


Рис.15.ВАХ ячейки, заполненной слоем МЖ с =6%, построенная по действующим значениям тока и напряжения частотой 5 Гц.

Рис.16 – Диаграмма работы ячейки при f=6 Гц. Линии – переход к нелинейному режиму при f, Гц: a f=8 ,б – f=3; в, г – к линейному с отрицательной для:  в–f=3 Гц, г–f=8 Гц.



Рис. 17 – Переменная составляющая тока через слой МЖ при воздействии переменным (Um=4 В, f=6 Гц) и постоянным U: 1 – UП = 0 В, 2 – UП = 25 В, 3 – переменное напряжение

Рис. 18 – Зависимости действительной части слоя МЖ с =4% при Um=4 В, f =6 Гц: 1 – от Uп; 2, 3 – от частоты при UП =25 В и

UП = 0 В соответственно


(d =20 мкм) до 19 кГц (d = 220 мкм). Характер изменения резонансного тока IР от величины постоянного напряжения определяется толщиной слоя МЖ и связан с образующимися структурами (рис. 19). Кривые IР(UП) имеют характерный максимум, который смещается в сторону больших напряжений при уменьшении толщины слоя. Максимум резонансного тока в слое МЖ толщиной d = 80…220 мкм соответствует переходу ячеистой структуры в лабиринтную. Величина резонансного тока контура при UП =0 не зависят от толщины слоя МЖ, так как проводимость ячейки в этом режиме определяется свойствами высокоомных приэлектродных областей [7]. Воздействие магнитного поля напряженностью H=36 кА/м (максимальная величина, которую удалось получить в эксперименте) на слой МЖ приводит к увеличению активной составляющей сопротивления R=U/IP в 1,17 раз, уменьшению резонансной частоты на 4,3 % и добротности контура Q в 1,4 раза.

Особенности электрофизических свойств структурированного слоя МЖ и  нелинейность его характеристик могут быть использована при создании новых устройств управления, регулирования и преобразования электромагнитной энергии.

В пятой главе исследованы поверхностные и межфазные явления на границе раздела «магнитная жидкость – немагнитная среда». Рассмотрено применение капель магнитной жидкости, основанное на управлении их параметрами в электрическом  и магнитном полях. Для определения коэффициента поверхностного σ  (межфазного γ) натяжения МЖ выбран метод висящей капли, в основе которого лежит определение формы капли, подвешенной к концу капилляра, который соединяют со шприцом и микрометром. Магнитная жидкость набирается в шприц, капля формируется вращением головки микрометра и поступает в капилляр. Для достижения необходимой точности в измерении параметров капель их изображение проектируется на экран с помощью проектора БП–1 при 50– кратном увеличении. Погрешность измерения диаметров капель не превышает 0,5%, погрешность в определении σ и γ – 5%. Расчет коэффициента поверхностного σ натяжения проводится по формуле:

(14)

где ρ1 и ρ2 – плотности соприкасающихся фаз;  Н – функция отношения d0/de; de – максимальный диаметр капли; d0 – диаметр капли в плоскости, отстоящей от ее вершины на расстояние, равное de. Установлено, что коэффициент поверхностного натяжения МЖ на основе керосина увеличивается с увеличением концентрации твердой фазы, а МЖ на основе воды –  уменьшается (рис. 20, 21). Для магнитной жидкости типа «магнетит – вода» на основе сопоставления зависимостей коэффициента поверхностного натяжения МЖ от концентрации твердой фазы и раствора стабилизатора в жидкости-носителе от его концентрации рассчитана толщина адсорбционной оболочки на частицах магнетита, которая составляет =1,7 0,4 нм при концентрации твердой фазы 6·10-2 объемных долей (рис.20).

Экспериментально оценено отклонение формы капли МЖ в магнитном поле напряженностью Н 10 кА/м от эллипсоида вращения. Установлено, что проекции формы капель, перпендикулярные направлению магнитного поля, представляют собой окружности (координата х). Для формы проекции капли, совпадающей с направлением магнитного поля, выполняется неравенство: ук < уэ, где ук – координата контура капли; уэ – координата эллипса, большая и малая оси которого совпадают с наибольшим и наименьшим диаметрами капли соответственно. Анализ экспериментальных данных дает эмпирическую формулу, аппроксимирующую осевое сечение капли, параллельное H:

(15)

– постоянная величина, не зависящая от размера капли и составляющая для исследованной МЖ плотностью =1260 кг/м3 = (0,60,1)·10 –5 м/А. На основании расчета параметров реальной формы капли MЖ доказано, что коэффициент межфазного натяжения на границе магнитная жидкость – глицерин составляет (181)10-3 Дж/м и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля при

H 10 кА/м.

Показано, что процесс образования и отделения капли МЖ из отверстия в горизонтальной немагнитной поверхности происходит в несколько стадий. На первой стадии капля растекается по поверхности, образуя сферический сегмент, который в гравитационном поле обладает вертикальной симметрией. На второй стадии размер капли увеличивается, между верхней и нижней частями капли образуется перешеек. На третьей стадии от перешейка отделяется капля-сателлит (рис. 22). Основным фактором, на который влияет внешнее постоянное (переменное) магнитное  поле, является периметр, а, следовательно, и объем отделяющейся капли. В горизонтальном магнитном поле свободная нижняя поверхность капли МЖ деформируется так, что ее симметрия относительно вертикальной оси нарушается (рис. 23),  объем отделяющейся капли в магнитном поле увеличивается. Например, при напряженности магнитного поля Н= 7 кА/м объем отделившейся капли МЖ увеличивается до трех раз. Вертикально направленное магнитное поле незначительно уменьшает объем отделившейся капли.

Установлено, что в результате длительного контакта с водой происходит изменение поверхностных свойств магнитной жидкости. Контакт магнитной жидкости плотностью 950 кг/мс водой осуществляется как перемешиванием жидкостей якорной мешалкой, так и нанесением слоя магнитной  жидкости на воду, после чего МЖ отделяется от воды. Если время перемешивания компонентов составляет менее 30 минут, то плотность МЖ не изменяется. Образующаяся при этом неустойчивая эмульсия МЖ самопроизвольно разрушается после окончания перемешивания. Одночасовое перемешивание приводит к увеличению плотности МЖ, дальнейшее увеличение продолжительности перемешивания приводит к расслоению МЖ: часть ее находится над водой, часть под водой. С увеличением скорости перемешивания  из-за образования устойчивой эмульсии МЖ отделить ее от воды удается только в магнитном поле. Поверхностное натяжение магнитной жидкости при этом не изменяется. При нанесении слоя  МЖ на воду поверхностное натяжение МЖ зависит от длительности контакта жидкостей: оно увеличивается до 7 суток контакта МЖ с водой,

 

Рис.19 – Зависимость резонансного тока от UП при толщине слоя МЖ  d, мкм: 1 – 20,

2–  40, 3 –  80, 4–  110, 5 – 150, 6 –  220

Рис.20 – Зависимость поверхностного натяжения  от концентрации: 1– олеата натрия в воде, 2 – твердой фазы в МЖ типа «магнетит-вода»


Рис. 21 – Зависимость поверхностного натяжения от концентрации: 1– олеиновой кислоты в керосине, 2 – твердой фазы в МЖ типа «магнетит–керосин»

Рис.22 – Фотографии роста и истечения капли  МЖ:  а, b и с снимки через 1,1; 1,5 и 2 с соответственно



Рис. 23 – Форма капли МЖ, истекающей из немагнитной поверхности в постоянном магнитном поле Н= 6.8 кА/м

Рис.24 – Устройство для электростатического распыления МЖ, 1–отрицательный электрод, 2– сосуд с МЖ, 3 – резервуар с ПАВ, 4–положительный электрод, 5– высоковольтный источник


затем остается постоянным. Аналогично изменяется устойчивость МЖ к коалесценции.

       С целью улучшения чувствительности эмульсий к магнитному полю предложен способ электрического диспергирования магнитных жидкостей и устройство для его реализации. Способ заключается в том, что магнитная жидкость подается в водный раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ) в виде заряженных капель. Устройство представляет собой отрицательный электрод 1, помещенный в сосуд с МЖ 2, который  располагается над резервуаром 3 с раствором ПАВ. На дне резервуара располагается положительный электрод 4, выполненный в виде прямоугольной пластины. Разность потенциалов создается источником высокого напряжения 5. Магнитная жидкость  подается в водный раствор ПАВ в виде заряженных капель (рис. 24). Средний размер капель в эмульсии регулируется напряженностью электрического поля. Время диспергирования составляет 2…3 минуты. Эмульсия, полученная путем электрического распыления магнитной жидкости, визуализирует синусоидальную фонограмму длиной волны 10 мкм с уровнем записи -40 дБ против -20 дБ, которые визуализирует аналогичная эмульсия, полученная ультразвуковым диспергированием. Воздействие коллинеарным магнитным полем напряженностью Н=6,4 кА/м увеличивает расход жидкости в 1,5 раза,  ускоряя движение капель и улучшая процесс  диспергирования, ортогональным магнитным полем – замедляет. Рассмотрено падение капли магнитной жидкости в жидкой среде при воздействии магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению падения капли. Так как под действием внешнего магнитного поля капля вытягивается вдоль поля и принимает форму эллипсоида вращения, то площадь горизонтального сечения капли увеличивается, что приводит к уменьшению скорости установившегося падения. Скорость деформированной капли по отношению к скорости невозмущенной капли замедляется пропорционально напряженности внешнего магнитного поля в степени 4/3.

      Для оптимизации состава эмульсий целевого назначения предложено контролировать: эмульгирующую способность и оптимальную концентрацию ПАВ, время оседания эмульсии, время оседания в неоднородном магнитном поле, объем осадка в неоднородном магнитном поле, срок хранения. Оптимальная концентрация ПАВ в эмульсии находится по минимуму межфазного натяжения  на границе «магнитная жидкость – раствор ПАВ». В результате получения эмульсий оптимального состава  срок их работоспособности увеличен с трех  до шести месяцев.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Экспериментально показано и теоретически подтверждено  увеличение деформации капли магнитной жидкости при взаимодействии со стационарными электрическим и магнитным полями при совпадении направлений полей и достижение компенсации деформации при условии , если поля направлены ортогонально. Воздействие соосного магнитного поля понижает устойчивость капли к разрыву в электрическом поле в 1,1 раза, ортогонального – увеличивает  в 2,5 раза.
  2. Наличие стационарного электрического (магнитного)  поля при взаимодействии капли магнитной жидкости с вращающимся магнитным полем приводит к изменению ее формы, характера движения, колебанию эксцентриситета (от еmin= 0,5 до еmax  = 0,95)  и угла отставания (от amin = 0,4 рад до аmax  = 0,97 рад) во времени в течение периода вращения поля, изменяет порог устойчивости. Коллинеарное электрическое поле уменьшает порог возникновения неустойчивости капли, магнитное – полностью гасит ее неустойчивость.
  3. Капли магнитной жидкости, объединенные в агрегат, в зависимости от напряженностей и взаимных направлений векторов электрического и магнитного полей, а также оси агрегата, могут притягиваться или отталкиваться. Так, при коллинеарных направлениях векторов и с осью агрегата при Е < 60 кВ/м, Н < 5 кА/м капли притягиваются, при увеличении напряженностей полей – расталкиваются.
  4. Под действием постоянного или низкочастотного переменного электрического поля в слое магнитной жидкости толщиной 20…200 мкм появляется динамическая структура, представляющая области повышенной концентрации твердой фазы, которая изменяется при изменении напряженности поля, времени и многократности его воздействия. При повторном воздействии постоянного напряжения

U= 11…12 В на слой МЖ толщиной 20…25 мкм структура имеет форму вращающихся колец, при U = 24…25 В образует вихри; при одновременном  воздействии постоянного напряжения U = 10…25 В, и переменного напряжения амплитудой Um= 30 В,  частотой f =5 Гц  имеет форму «больших» лабиринтов размером 5 мм. Структурированный приповерхностный слой усиливает деформацию капли магнитной жидкости в соосных полях напряженностями Е = 10 кВ/м и Н=6 кА/м на 20 %.

  1. При протекании заданного источником тока постоянного тока плотностью

j = 0,025...0,1 А/м2 в ячейке со слоем  магнитной жидкости возникают автоколебания постоянного напряжения, которые  сопровождаются трансформацией ячеистой структуры в лабиринтную, при увеличении плотности тока размеры лабиринтной структуры увеличиваются от 500 до 2000 мкм. 

  1. При наличии структурных образований слой магнитной жидкости представляет в постоянном поле и в переменном низкочастотном электрическом поле напряженностью активную нелинейную среду, свойства которой зависят от толщины слоя. При одновременном воздействии постоянного и переменного напряжений  Um=4 В и f= 6 Гц с увеличением постоянного напряжения слой магнитной жидкости проявляет свойства  линейного элемента при U 8 В, при этом ток опережает по фазе напряжение, при 8 В U 22 В – нелинейного элемента, при U 22 В – опять  линейного элемента, при этом ток отстает по фазе от напряжения.
  2. Действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости магнитной жидкости в слое толщиной 20…25 мкм принимает отрицательное значение при воздействии переменного напряжения амплитудой Um=4 В, частотой f = 6 Гц и постоянного напряжения  UП = 17…25 В.
  3. Коэффициент поверхностного натяжения магнитной жидкости на основе воды при увеличении концентрации твердой фазы = (0,01…15)%  уменьшается в 3,5 раза, коэффициент поверхностного натяжения магнитной жидкости на основе керосина возрастает с увеличением концентрации твердой фазы в 1,16 раза и не изменяется [ = (181)10-3 Дж/м2] в магнитном поле напряженностью H 10 кА/м. При истечении капель МЖ из отверстия в горизонтальной поверхности горизонтальное магнитное поле увеличивает объем отделяющейся капли в три раза, вертикальное поле – уменьшает ее объем на 20…30 % .
  4. Применение слоя магнитной жидкости толщиной d = 150 мкм в качестве активного диэлектрика емкостного элемента последовательного колебательного контура при дополнительном воздействии постоянного напряжения  UП  300 В приводит к изменению добротности контура в 3 раза, резонансного тока в 5 раз.
  5. Электрический способ эмульгирования магнитных жидкостей с концентрацией твердой фазы 12…14 % позволяет получать эмульсии с преобладанием капель заданного размера и в десять раз повысить чувствительность эмульсий к магнитному полю. Срок работоспособности  эмульсий магнитных жидкостей оптимального состава, применяемых для визуализации магнитной записи и  дефектоскопии, увеличивается в два раза.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рекомендованных ВАК научных журналах и публикациях:

  1. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Автоколебания напряжения и динамика фазового разделения в тонком слое слабопроводящей феррожидкости при периодически возникающих электрогидродинамических течениях  // Журнал технической физики.  2008. Т. 78. Вып. 2. С. 51–56.
  2. Simonovsky A.Ya, Chuenkova I.Yu., Yartseva E.P.  Separation of a magnetic fluid drop from a non-magnetic surface in a magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2007. Vol. 43. №. 1. P. 3–10.
  3. Kozhevnikov V.M., Chuenkova I.Yu., Danilov M.I., Yastrebov S.S. Electric properties of the magnetic fluid layer in strong electric fields // Magnetohydrodynamics.  2006. Vol. 42. №. 1. P. 67–73.
  4. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Динамика развития процессов самоорганизации в тонком слое магнитной жидкости при воздействии постоянного электрического поля  // Журнал Технической Физики. 2006. Т. 79. Вып. 7. С. 127 – 131.
  5. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Формирование динамических структур в слое магнитодиэлектричсекого коллоида в электрическом поле // Известия Вузов. Северо – Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. 2006. № 9. С. 39–43.
  6. Kozhevnikov V.M., Chuenkova I.Yu., Danilov M.I., Yastrebov S.S. Self-organizing process in the magnetic fluid layer // Magnetohydrodynamics. 2006. Vol. 41.  №. 1.  P. 53 – 62.
  7. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Самоорга­низация слоя магнитной жидкости в сильных электрических полях  // Письма в Журнал Технической Физики.  2005. Т. 31. Вып.21. С. 64–67.
  8. Kozhevnikov V.M., Chuenkova I.Yu., Danilov M.I., Yastrebov S.S. Features of self-organization in magnetic fluid layers under a strong electric field // Magnetohydrodynamics. 2005. Vol. 41. №. 3. P. 231–238.
  9. Kozhevnikov V.M., Larionov Yu.A., Chuenkova. I.Yu,  Danilov M.I. Obtaining the structured magnetic fluids in an electric field and their technical applications  // Magnetohydrodynamics. 2004. Vol. 40. N. 3. P. 269–280.
  10. Dikansky Yu.I., Bedjanian M.A., Chuenkova I.Yu., Suzdalev V.N. Dynamics of magnetic fluid drop’s shape in rotating and stationary magnetic fields // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2002.  Vol. 252.  Р. 276 – 279.
  11. Диканский Ю.И., Беджанян М.А.,  Чуенкова И.Ю., Суздалев В.Н. Динамика формы капли магнитной жидкости во вращающемся магнитном и стационарном электрическом полях // Магнитная гидродинамика. 2000. Т. 36. №1.С. 61–68.
  12. Диканский Ю.И, Беджанян М.А., Чуенкова И.Ю., Суздалев В.Н., Шендыровский  С.И. Вращение капли магнитной жидкости во вращающемся магнитном и стационарном электрическом полях // Вестник СГУ.– Физико–математические науки.– Ставрополь, 1999. Вып. 20. С. 112 – 117. 
  13. Кандаурова Н.В., Торопцев Е.Л., Чуенкова И.Ю. Деформация капель магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях // Магнитная гидродинамика. 1992. Т.28,  №  3.  С. 109–111.
  14. Кандаурова Н.В., Чуенкова И.Ю. Экспериментальное исследование деформации капель магнитной жидкости в электрическом и магнитном  полях  // Магнитная гидродинамика. 1991. № 1.  С. 114–122.
  15. Чеканов В.В., Чуенкова И.Ю., Фогилева Р.С., Яременко С.В. Исследование поверхностного и межфазного натяжений магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика. 1990.  Т. 26  № 1.  С.43–48.
  16. Чеканов В.В., Халуповский М.Д., Чуенкова И.Ю., Малютин В.В. О форме капли и межфазном натяжении магнитной жидкости в однородном магнитном поле  // Магнитная гидродинамика. 1988.  № 3. С. 124–128.

В других журналах и изданиях

  1. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Динамика структурных превращений в тонком слое магнитной жидкости при воздействии электрического поля  // Сб. науч. тр.XIII Международной конференции по нанодисперсным магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2008. С. 263–268.
  2. Чуенкова И.Ю.  Деформация капли магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях // Сб. науч. тр. " Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем ". Ставрополь: СГУ, 2007. С. 108–113.
  3. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Комплексная диэлектрическая проницаемость тонкого слоя магнитной дисперсной наносистемы при возникновении электрогидродинамических течений // Сб. науч. тр. " Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем ".  Ставрополь: СГУ,  2007. С. 221–225.
  4. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Образование структур в слое магнитной жидкости при совместном действии постоянного и переменного электрических // Сб. науч. тр. Научной конференции "Электрофизика материалов и установок". Новосибирск: HГТУ, 2007.  С. 277 – 281.
  5. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С.  Структурная самоорганизация слоя магнитной жидкости в сильном электрическом поле // Сб. науч.тр. II-й Междунар. научно-практ. конфер. "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности". СПб: Политехнический ун-т, 2006. С. 108–109.
  6. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Электрофизические свойства магнитодиэлектрических наносистем и их применение  // Сб. трудов II-й Междунар. научно-практ. конфер. "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности". СПб: Политехнический ун-т, 2006. С. 106 – 107.
  7. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Образование структур в слое магнитной жидкости при воздействии  постоянного и переменного электрического поля низкой частоты // Сб. науч. тр. XII Междунар. Плесской конф. по магнитным жидкостям. – Иваново: ИГЭУ, 2006. С. 130–135.
  8. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Электрические свойства слоя магнитной жидкости при различном времени воздействия постоянного электрического поля // Сб. науч.тр. IX Регион. научно-техн. конфер. "Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону".– Т.1.–Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. Т.1. С. 66–67.
  9. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Процессы самоорганизации в слое магнитодиэлектрического коллоида под действием постоянного электрического поля // Сб. науч.тр. IV междунар. научно-практ. конфер. "Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и механотронике". Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. С. 44–45.
  10. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Электрические свойства слоя магнитной жидкости под действием сильных электрических полей // Ставрополь: Вестник СевКавГТУ, 2005. №3.  С. 54–58.
  11. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С. Особенности самоорганизационных процессов в ячейке заполненной магнитной жидкостью // Materials of III International conference "Fundamental Problems of Physics".  Kazan: TSU, 2005.  P. 53 –57.
  12. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И., Ястребов С.С.  Частотные характеристики управляемого колебательного RLC контура // Сб. науч. тр. XI Междунар. Плесской конф. по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2004.  С. 136–140.
  13. Kozhevnikov V.M., Larionov Yu.A., Chuenkova I.Yu., Danilov M.I. Obtaining the structured  magnetic fluids in electric field and their technical applications  // Materials of International Conference. Riga: «Zinatne», 2004.  P. 23 – 28. 
  14. V.M. Kozhevnikov, Yu.A. Larionov, I.Yu. Chuenkova, M.I. Danilov Reception of the structured magnetic fluids and their technical applications // Materials of International conference on Magnetic fluids.  Deli: INTU, 2003.  P. 201–203.
  15. Кожевников В.М., Ларионов Ю.А., Чуенкова И.Ю., Данилов М.И. Перенос заряда в магнитодиэлектрическом коллоиде под действием электромагнитных полей // Матер. VII Междунар. конфер. "Современные проблемы электрофизики и ЭГД жидкостей". СПб: Политехнический ун-т, 2003. С. 136–140.
  16. Данилов М.И., Чуенкова И.Ю., Кожевников В.М.Резонансные явления в колебательном контуре с ячейкой, заполненной магнитной жидкостью // Сб. науч. тр. Х Юбилейной Междунар. Плесской конф. по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2002.  С.202–206.
  17. Чуенкова И.Ю., Беджанян М.А. Поведение капли магнитной жидкости  в электрическом стационарном и вращающемся магнитном полях // Сб. науч.тр. Всероссийской конф. Ставрополь: СГСХА,  2001.Т.2. С.305 – 306.
  18. Dikansky Yu. I., Bedjanian M.A., Chuenkova I.Yu., Susdalev V.N.  Influence of rotating and stationary Magnetic fields on magnetic fluid drop / Materials of 9 International Conference of Magnetic Fluids.  Bremen: GSU, 2000.  P. 258 – 261.
  19. Dikansky Yu.I., Chuenkova I.Yu., Bedjanian M.A. Magnetic fluids drop in  rotating magnetic  and stationary electric  field // Materials of IX Ples Inernational Conference.  Ivanovo: ISЕU, 2000.  Р.  117 – 119.
  20. Ларионов Ю.А., Морозова Т.Ф., Чуенкова И.Ю. Влияние свободной олеиновой кислоты на электрофизические параметры магнитной жидкости  // Сб. науч. тр. ХХХ НТК СевКавГТУ. Ставрополь: СевКавГТУ, 2000. С. 187–191.
  21. Диканский Ю.И., Беджанян М.А., Чуенкова И.Ю.  Капля магнитной жидкости во вращающемся магнитном и стационарном электрическом полях  поле  // Сб. науч. тр. IX  Международной  Плесской  конференции  по магнитным жидкостям.  Иваново: ИГЭУ, 2000.  С.57–59.
  22. Беджанян М.А., Капылова О.С., Чуенкова И.Ю., Закинян Р.Г., Козуб П.А. Особенности движения капли магнитной жидкости  в переменном магнитном поле // Сб. науч.тр. 49 науч-метод. конф. «Университетская наука – региону». Ставрополь: СГУ, 2003. С.41–45
  23. Беджанян М.А., Закинян Р.Г.,Чуенкова И.Ю. Движение капли магнитной жидкости в магнитном поле //  Сб. науч. тр. 10-й Юбилейной Междунар. Плесской конф. по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 2002. С. 124 –128.
  24. Диканский Ю.И., Суздалев В.Н., Беджанян М.А., Чуенкова И.Ю. О колебательной неустойчивости формы капли магнитной  жидкости во вращающемся магнитном поле // Сб. науч. тр. VIII Международной Плесской  конф. по магнитным жидкостям. Иваново: ИГЭУ, 1998.  С. 127.
  25. Чеканов В.В., Чуенкова И.Ю. Исследование толщины адсорбционных оболочек частиц магнетита в водных магнитных жидкостях по изотермам поверхностного натяжения  // Сб. науч. тр. III Конференция по применению магнитных жидкостей в биологии и медицине.  Сухуми:  Изд–во СПИ. 1989.  С. 139–142.
  26. Чуенкова И.Ю., Фогилева Р.С. Поверхностное натяжение магнитных жидкостей // Сб. науч. тр.V Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям.  М.: МГУ, 1988.  Т.2.  С. 138–139.
  27. Чуенкова И.Ю., Фогилева Р.С., Яременко  С.В.Поверхностное натяжение магнитных жидкостей на различных основах  // Сб. науч. тр. 1V Совещания по физике магнитных жидкостей.  Душанбе: ДПИ. 1988.  С. 92–93.
  28. Чуенкова, И.Ю. Неустойчивость поверхности капель магнитной
    жидкости  в электрическом и магнитном полях // Сб. науч. тр. XII Рижского Совещания  по магнитной  гидродинамике. Т. 3. Магнитные жидкости.  Саласпилс: «Зинатне», 1987.  С.  95– 98.
  29. Горбунова Т.Н., Махукова О.Г, Чуенкова И.Ю. Деформация капель магнитной жидкости и их взаимодействие в электрическом и магнитном полях // Сб. науч.тр. III Всесоюзного совещания по физике магнитных жидкостей.  Ставрополь: СПИ. 1986.  С. 41–43.
  30. Чуенкова, И.Ю, Халуповский М.Д. Изменение свойств магнитной жидкости после контакта с водой //  Сб. науч.тр. 1V Всесоюзной конференции по магнитным жидкостям.  М.:  МГУ, 1985.  Т.2.  С. 155–156.
  31. Чуенкова И.Ю. Использование магнитной жидкости для очистки воды от нефтяных загрязнений // Сб. науч.тр. научно-практи­ческой конференции.  Ставрополь СПИ. 1985. С. 74–77.
  32. А.с.№1132213 СССР. Способ получения магниточувствительной эмульсии /В.М. Кожевников, В.В. Чеканов, И.Ю. Чуенкова // Открытия. Изобретения. Пром.
    Образцы. Товар. Знаки. М.: ВИНИТИ, 1984. №48. С.158.
  33. А.с. № 1078303 СССР. Магниточувствительная жидкость для визуализации магнитной записи / И.Ю. Чуенкова // Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товар, знаки.  М.: ВИНИТИ, 1984.  № 9.  С. 143.
  34. Дроздова В.И., Скибин Ю.Н., Чуенкова И.Ю. Оптимизация состава магниточувствительных жидкостей, применяемых в контроле магнитной записи // Сб. науч.тр. III Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям.  М.: МГУ, 1983.  С. 94–96.
  35. Чеканов В.В., Скибин Ю.Н., Чуенкова И.Ю. Дефектоскопия дета­лей из сендаста // Тез. докладов Всесоюзной конференции по электромагнитным методам контроля качества материалов и изделий. Омск: Политехнический ин–тут. 1983.  С. 96-97.
  36. А.С. № 989450 СССР. Способ визуализации магнитной записи/ В.В. Чеканов, И.Ю. Чуенкова // Открытия. Изобретения. Пром. Образцы. Товар. Знаки. М.: ВИНИТИ, 1983. №2  С. 205.
  37. Чеканов В.В., Чуенкова И.Ю., Шацкий В.П. Об измерении реологических характеристик магнитной жидкости // Сб. науч. тр. 11 Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям.  М.: МГУ, 1981.  С. 53–54.
  38. Кожевников В.М., Чуенкова И.Ю., Крячко Н.И.  Электрическая прочность магнитных жидкостей // Сб. науч. тр. II Всесоюзной школы-семинара по магнитным жидкостям. М.: МГУ, 1981. С. 30–31.

Список цитированной литературы

  1. Шутов А.А. Форма капли в постоянном электрическом поле // ЖТФ. 2002.Т.72. Вып. 12.  С.15–22.
  2. Морозов К.И. Вращение капли вязкой жидкости  // Письма в ЖЭТФ.  1999.  Т.112, Вып. 4. С. 1340 – 1350.
  3. Беджанян М.А. Эффекты взаимодействия капель магнитной жидкости с магнитным и электрическим полями: дис. … канд. техн. наук.  Ставрополь,  2002. 131 с.
  4. Aranson I.S., Tsimring L. S. Patterns and collective behavior in granular media: Theoretical concepts. Rev. Mod. Phys. 2006.  Vol. 78.  Р. 641.
  5. Духин С.С., Эстрела-Льопис В.Р., Жолковский Э.К. Электроповерхностные явления и электрофильтрование. – Киев: Наукова Думка, 1985. – 288с.
  6. Ястребов С.С. Динамические структуры в тонком слое магнитодиэлектрического коллоида при воздействии электрического поля: дис. … канд. физ.– мат. наук. Ставрополь, 2007. 128 с. 
  7. Чеканов В.В., Бондаренко Е.А. Автоволны в приэлектродной области ячейки с магнитной жидкостью в магнитном поле // Ставрополь: Вестник СГУ. 2003. Вып. 34, С.  31–34.
  8. Морозова Т.Ф. Формирование структуры в магнитной жидкости при воздействии поляризующего напряжения: дис. …канд. физ.-мат. наук. Ставрополь,  2002.

150 с.

  1. Шерман Ф. Эмульсии / пер. с англ. под ред. А.А. Абрамзона. Л: Химия, 1972. 448 с.
  2. Negative dielectric constant in nano-particle materials under an electric field at very low frequencies Сhu C.–W., Chen F., Shulman J. [et al] // Strongly Correlated Electron Materials: Physics and Nanoengineering. Proceeding of the SPIE. 2005. Vol. 5932. P. 139–148.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.