Реферати українською » Физика » Капілярні явища в магнітних колоїдах


Реферат Капілярні явища в магнітних колоїдах

>Лабораторная робота

 

>КАПИЛЛЯРНЫЕЯВЛЕНИЯ УМАГНИТНЫХКОЛЛОИДАХ


Дослідження капілярного підйому магнітної рідини при вплив електричного і магнітного полів

Мета роботи:

Вивчення особливостей капілярного підйому магнітної рідини при вплив електричного і магнітного полів.

Ідея експерименту:

Дослідження капілярного підйому магнітної рідини при вплив електричного і магнітного полів дозволяє експериментально вивчити особливості прояви діїпондеромоторних сил на рідкінамагничивающиеся середовища, і навіть процеси релаксації заряду в тонких шарах магнітних рідин. З іншого боку, дослідження дозволяють вивчити особливості спільного на капілярні процеси магнітного і електричного полів.


Теоретична частина

 

>Капиллярние явища

Прагнення поверхні рідини до зменшення призводить до того, що конкурентний тиск під викривленою поверхнею рідини виявляється іншим, ніж під пласкою поверхнею. Під опуклої поверхнею тиск більше, а під увігнутим менше, ніж під пласкою (рис. 1). Що стосується увігнутим поверхні поверхневий пласт, прагнучи скоротитися, розтягує рідина.

>Рис. 1. Тиск під пласкою (а), опуклої (б) і увігнутим (в) поверхнею рідини

>Добавочное тиск, обумовлене перекрученням поверхні, очевидно, має бути пропорційним поверхневому натягу і кривизні поверхні.Вичислим додаткове тиск для сферичної поверхні рідини.Рассечем подумки сферичну краплю рідини радіуса R площиною на два півкулі (рис. 2). Через поверхового натягу поверхневі шари півкуль притягуються друг до друга з силою

Ця сила притискає півкулі друг до друга поверхнею площі й, отже, обумовлює додатковий тиск

      (1)

>Кривизна сферичної поверхні скрізь однакова і законодавців береться рівної1/R. Для характеристики довільній поверхні вводиться поняття середньої кривизни, визначене через кривизну нормальних перетинів.

>Рис. 2. Два півкулі, куди подумки розсічена кругла крапля рідини, притискаються друг до друга силами поверхового натягу.

Нормальним перерізом поверхні у певній точці називається лінія перетину цієї поверхні з площиною, що проходить через нормаль до в аналізованої точці. Для сфери будь-яке нормальне перетин є окружність. У випадку різні нормальні перерізу, які відбуваються через те ж точку, мають різний радіус кривизни. У геометрії доводиться, щополусумма зворотних радіусів кривизни

       (2)

для будь-який пари взаємно перпендикулярних нормальних перетинів має одну і те значення. Ця величина це і є середня кривизна поверхні у цій точці. Легко зметикувати, що сьогодні середня кривизна циліндра вдвічі менше кривизни сфери тієї самої радіуса.

>Радиуси R1 і R2 у формулі (2) є алгебраїчними величинами. Якщо центр кривизни нормального перерізу перебуває від поверхні, радіус кривизни вважається негативним (рис. 3). Отже,неплоская поверхню може мати середню кривизну, рівну нулю. Треба лише, щоб радіуси кривизни R1 і R2 були однакові по модулю і протилежні за сигналом.

У сфери R1=R2=R, томуH=1/R. Замінивши у натуральному вираженні (1)1/R через H, то дійдемо формулі

   (3)

>Лаплас довів, що формула (3) справедлива для поверхні будь-який форми, коли під H розуміти середню кривизну поверхні у тому точці, під визначається тиск. Отже, у випадку

    (4)

Ця формула називається формулоюЛапласа.


>Рис. 3.Радиуси кривизни двох взаємно перпендикулярних нормальних перетинівседловидной поверхні мають протилежні знаки

>Поверхностное натяг призводить до того, що поблизу стінок судини поверхню рідини викривляється (дотична до рідини утворює зі стінкою кут, рівний крайовому розі, який, зазвичай, різниться від/2). У вузької круглої трубці, званоїкапилляром (латів.capillus означає волосся), чи вузькому зазорі між двома стінками викривленою виявляється вся поверхню (рис. 4).Изогнутие поверхні рідини в капілярах називаютьсяменисками. Якщо рідина змочує стінки капіляра, меніск має увігнуту форму, а то й змочує – опуклу форму.

Коли капіляр занурений одним кінцем в рідина, налиту в широкий посудину, тиск під меніском відрізняється тиску під пласкою поверхнею у широкому посудині на величинуp, котру визначаємо формулою (1). Через війну рівень рідини в капілярі при змочуванні перевищить, ніж у посудині, а принесмачивании – нижче.


>Рис. 4. Рідина в капілярі у разі змочування (чинесмачивания (б)

>Поднимание чи опускання рівня рідини у вузьких трубках одержало назву капілярності. У широкому значенні підкапиллярними явищами розуміють усі явища, зумовлені поверховим натягом. Зокрема, обумовлений формулою (4) тиск називаєтьсякапиллярним тиском.

Між рідиною в капілярі й у широкому посудині встановлюється різницю рівнів h , коли він капілярну тискp врівноважуєтьсягидростатическим тиском >>gh:

 

  (5)

Тут R – радіус кривизни меніска. На рис. 4 видно, що радіус кривизни меніска і радіус капіляра пов'язані співвідношенням R=>r/>cos.Подставив це значення R в (3) і дозволивши отриманий рівність щодо h, то дійдемо формулі

      (6)

де – поверхове натяг за українсько-словацьким кордоном рідина – газ, – крайової кут, – щільність рідини, g – прискорення вільного падіння,r – радіус капіляра.

Якщо рідина змочує стінки капіляра, кут гострий, відповідноcos, отже, і h позитивні (рідина піднімається в капілярі). Якщо рідина не змочує стінки капіляра, кут тупий, відповідноcos, отже, і h негативні (рідина опускається в капілярі).

>Капиллярностью пояснюються численні явища, наприклад всотування рідин промокальної папером і тканинами (рушниками), підняття гасу по ґноту, піднімання грунтових вод у грунтах і ін.

Питанням дослідження гідростатики магнітних рідин, міжфазних властивостей поверхні, розрахунках величинипондеромоторних сил, які унамагничивающихся рідких середовищах, присвячено дуже багато робіт як практичного, і теоретичного плану. Особливо цікава дослідження капілярних явищ, як у ролі рідкої середовища виступає магнітна рідина. Розглянемо особливості капілярних процесів магнітної рідини, як і магнітному полі, і за спільної дії магнітного і електричного полів.

Спочатку досліджувалося особливості підйому магнітної рідини в капілярах круглого перерізу в неоднорідному магнітному полі. І тут, нижній кінець вертикально встановленого капіляра наводився в зустріч із вільної поверхнею магнітної рідини, налитою в пласку кювету, розташовану на торці котушки зферромагнитним сердечником. Створене котушками неоднорідне магнітне полі спрямоване вздовж осі капіляра, а вертикальна складова його градієнта у сфері розташування капіляра становила 0,092Тл/м. Дослідження проводили для капілярів з різними діаметром, вимір яких мало допомогою оптичного мікроскопа з похибкою, який перевищує 0,01 мм. Виявилося, що висота капілярного підйому магнітної рідини то, можливо, як зменшено, і збільшена шляхом впливу однієї й тієї ж неоднорідного магнітного поля була в залежність від діаметра капіляра. Так для капілярів досить малого діаметра (< 0,5 мм) спостерігалося зменшення висоти підйому рідини зі збільшенням струму в котушці, тоді як капілярів з діаметром не перевищує 0,9 мм, навпаки дію поля приводить до підвищення рівня магнітної рідини в капілярі. Вочевидь, аномальне явище підйому магнітної рідини в капілярі при вплив неоднорідного магнітного поля пов'язано із розвитком нестійкості поверхні рідини в капілярі з досить великою діаметром. За зменшення діаметра капіляра, починаючи з деякого його критичної позначки нестійкість, немає бачимо зниження рівня рідини в капілярі впливом магнітноїпондеромоторной сили, спрямованої на бік зростання поля (до нижньому кінцю капіляра). Далі досліджувалося особливості капілярного підйому магнітної рідини в однорідному електричному полі. Як відомо, включення електричного поля має призводити до підвищення рівня рідини в капілярі впливомпондеромоторних сил, прагнуть втягтидиелектрическую рідина в капіляр, що становить сутнісно плаский конденсатор. Проте з'ясувалося, що підвищення рівня рідини під час подачі на стінки капіляра постійної напруги немає. Це з наявністю в магнітної рідини носіїв вільного заряду (іонів домішок, заряджених частинок), завдяки чому магнітна рідина знаходить слабку електричну провідність (10-6См/м). Унаслідок електричного поля між стінками капіляра виникає електричний струм, а й у своїх внутрішніх поверхонь відбувається нагромадження вільного заряду, полі якого спрямоване протилежно зовнішньому електричному полю. При досить великий напруженості поля між які проводять стінками капіляра можуть бутиелектрогидродинамические течії. Тому, в подальших дослідженнях використовуватимемо змінне електричне полі.

 

Експериментальна установка

Застосовувана у цій роботі установка складається з плоского скляного капіляра (на внутрішній бік стінок якого завданотокопроводящее покриття) з прямокутним перерізом, розташованого тож його нижній кінець стосується вільної поверхні магнітної рідини в кюветі. До сформування змінного електричного поля на стінки капіляра подається змінне напруга від генератора звуковий частоти.Неоднородное постійне магнітне полі створюється з допомогою котушки, яку подається струм з джерела струмуВ-24. Для точного визначення величини сили струму в котушці, послідовно до неї підключається амперметр.

 


 

Проведення експерименту

 

Для дослідження особливостей капілярного підйому магнітної рідини в перемінному електричному полі використовуються плоскі скляні капіляри з прямокутним перерізом, з розмірами ( x x )м, ( x x )метрів і ( x x )м. І тому на стінки капіляра (на внутрішній бік яких завданотокопроводящее покриття) подавалося змінне напруга від генератора звуковий частоти, що забезпечує плавну регулювання амплітуди вихідного змінного напруги, а коефіцієнт нелінійних спотворень для формування вихідного напругисинусоидальной форми вбирається у 2%.Капилляр розташовується тож його нижній кінець стосується вільної поверхні магнітної рідини в кюветі, завдяки чому рідина з допомогою капілярних сил піднімається певну висоту. Підйом магнітної рідини вздовж осі капіляра вимірюється з допомогою шкали чи лінійки.


Завдання №1

Дослідження залежності висоти капілярного підйому магнітної рідини від частоти подаваного на осередок змінного електричного поля.

1. Зібрати установку за схемою:

2.Магнитную рідина залити в кюветі, капіляр розмістити те щоб його нижній кінець стосувався вільної поверхні магнітної рідини в кюветі. Рідина підніметься до певного рівня.

3. Потім на капіляр подати струм.

4. З обраним кроком збільшуватимете частоту подаваного на осередок електричного поля, вимірюючи висоту капілярного підйому рідини при кожному значенні. Виміри проводити, покиМЖ в капілярі не зупиниться.

5. Отримані дані занести в таблицю:

U =...У

>,Гц >h,мм

6. Повторити ці виміру що за різних величинах напруги електричного поля U.

7. Побудувати графіки залежностіh().

8. Зробити висновок.

Завдання №2

 

Дослідження залежності висоти капілярного підйому магнітної рідини відамплитудного значення напруженості змінного електричного поля.

1. Виконати 1-3 з завдання №1.

2. Збільшувати напруга, подаване на стінки капіляра, з кроком1В, вимірюючи висоту капілярного підйому рідини при кожному значенні.

3. Отримані дані занести в таблицю:

> =…гц

>U,В >h,мм

4. Повторити виміру що за різних значеннях частоти електричного поля.

5. Побудувати графіки залежності h відамплитудного значення напруженості однорідної змінного електричного поля Є.

6. Зробити висновок.

Завдання №3.

Вивчення особливостей спільного на капілярні процеси магнітного і електричного полів.

Значимість висоти підйому магнітної рідини в капілярі (впливом змінного електричного поля) можна компенсувати додатковим включенням неоднорідного постійного магнітного поля.

1. Зібрати установку відповідно до малюнку 1.

2.Магнитную рідина залити в кювету, капіляр розмістити те щоб його нижній кінець стосувався вільної поверхні магнітної рідини в кюветі. Відзначити до якого рівня піднялася рідина в капілярі.

3. Подать на капіляр напруга.МЖ підніметься певну висоту.

4. Потім на котушку подати струм з джерела струмуВ-24.

5. Подать магнітне полі, і компенсувати з допомогою нього величину початкового підняття рідини.

6. Збільшити напруга електричного поля на1В і знову компенсувати магнітним. Повторити такі дії кілька разів, покиМЖ не перестане підніматися в капілярі.

7. Побудувати графік залежності величини магнітного поля М2 від величини електричного поля Є2.

8. Із одержаних даним дійти невтішного висновку.


Список літератури:

 

1. Савельєв І.В. Курс фізики. Москва «Наука»,т.1,1989г.

2.Диканский Ю.І.,Беджанян М.А., Борисенко О.В. Дослідження поверхового натягу і капілярного підйому магнітної рідини //Сб. фізико-хімічні і прикладні проблеми магнітних рідин.Ставрополь,СГУ, 1997 р.

3. ФейнманР.И ін.Фейнмановские лекцій з фізиці. Електрика і магнетизм. М.: Світ,1977г.

4.Bashtovoi V.,KuzhirP.,Reks A.Capillaryassension ofmagneticfluids //J.Mag.Mag.Mat. – 2002 р. –Vol. 252.

5. Борисенко О.В.,Беджанян М.А.Investigation ofsurfacetension andcapillaryrise ofmagneticliquids //Сб. 8 міжнародна конференція по магнітним рідинам. Румунія,Тимисоара, 29-30 липня 1998 р.


Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Квантова природа віпромінювання
    >РЕФЕРАТ   на >тему:”Квантова природа >випромінювання” План 1. >Теплове >випромінювання й
  • Реферат на тему: Квантова механіка - наука XX століття
    Зміст І. 1. Особливості становлення квантової механіки і його предмета. 2. Основні засади
  • Реферат на тему: Квантова статистика
    Московський державний технічний університет ім. >Н.Э. Баумана. Калузький філія “Квантова
  • Реферат на тему: Квантова теорія атома
    Квантова теорія атома Історично перша (класична) модель будівлі атома було запропоновано в 1903 р.
  • Реферат на тему: Квантова фізика
    ТЕМА "Квантова оптика"   703. Свічадо як циліндра з молочного скла має в діаметрі:

Навігація