CC BY
20
Литература
1. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения. М., 1963.
2. Рыбинская А.А. // Математические модели и алгоритмы для имитации физических процессов: Сб. трудов Междунар. науч.-техн. конф. Т. 1. Таганрог, 2006.
3. Жорник В.А., Карташов Э.М. Рост осесимметричных трещин при механических и тепловых воздействиях. Таганрог, 2003.
Таганрогский государственный педагогический институт 6 октября 2006 г.
УДК 538.4
О КАПИЛЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИЯХ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ
© 2006 г. А.Я. Симоновский, Е.П. Ярцева
There are experimental results of homogeneous invariable and variable magnetic fields influence on tearing-off processes of magnetic liquid drops from horizontal plane non-magnetic surface represented. It is shown that magnetic field influence on the volume of tearing-off drops considerably and in general this influence is led to changes of capillary forces which keep hold the drop on the surface of hanging.
Введение. Исследование процессов образования и отрыва капель магнитной жидкости (МЖ) от горизонтальной поверхности в магнитном поле представляет интерес для анализа процессов образования и роста парового пузырька при кипении МЖ в магнитном поле. Несмотря на более чем 40-летнюю историю изучения МЖ, такой важный процесс, как ее кипение, остается практически неизученным. И это при том, что уже в технологии производства МЖ кипение играет важную роль. Его применяют для пеп-тизации коллоида. Кроме того, одно из применений МЖ - в качестве управляемой закалочной среды при термической обработке изделий машиностроения, сопровождающейся кипением.
К настоящему времени известны немногочисленные экспериментальные данные о кипении МЖ. В [1] приводятся экспериментальные результаты влияния неоднородного магнитного поля на частоту образования пузырьков пара при кипении МЖ на одиночном центре парообразования. Частично выяснен механизм этого влияния - возникновение в неоднородном магнитном поле дополнительной выталкивающей силы, действующей на немагнитный пузырек пара, что в определенных пределах и способствует увеличению частоты отрыва пузырьков. О механизме влияния однородного постоянного и переменного магнитного поля на пузырьковое кипение на плоской поверхности нагрева в литературе никаких мнений не высказывалось.
Необходимость экспериментального моделирования процессов образования и роста паровых пузырьков при кипении МЖ вызвана тем, что это -непрозрачные среды, и традиционные оптические наблюдения за расту-
щими в них паровыми пузырьками неприменимы. В данной работе проводились наблюдения за ростом и отрывом капель МЖ от горизонтальной немагнитной поверхности и в связи с тем, что ранее это явление не изучалось, и как вариант экспериментального моделирования роста и отрыва пузырьков пара при кипении. Экспериментальное моделирование роста и отрыва пузырьков пара от горизонтальной поверхности при кипении на основе наблюдений за отрывом капель от плоской горизонтальной поверхности представляется возможным в связи с широко применяемой для измерения поверхностного натяжения жидкостей аналогии между поведением пузырька газа в жидкости и капли жидкости, взвешенной в газе [2].
Экспериментальная установка и методика. Проводилось измерение отрывного диаметра капли МЖ, взвешенной в воздухе на горизонтальной немагнитной поверхности в однородном постоянном и переменном магнитных полях, различно направленных по отношению к направлению силы тяжести. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.
6
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 — немагнитный контейнер; 2 — шприц; 3 — капиллярное отверстие;
4 — капля магнитной жидкости; 5 — накопительная емкость; 6 — катушки Гельмгольца
Накопительная камера немагнитного цилиндрического контейнера 1 заполнялась с помощью шприца 2 МЖ. Через канал 3 капиллярного размера (1 мм) она под воздействием силы тяжести свободно вытекала на нижнюю торцевую поверхность контейнера. На нижнем плоском торце немагнитного контейнера формировалась взвешенная капля 4. При достижении ею определенного объема она отрывалась и попадала в накопительную кювету 5. Процесс формирования капли на нижнем плоском торце немагнитного контейнера фиксировался цифровой видеосъемкой. Объем жидкости в накопительной кювете взвешивался на аналитических весах. По известному числу капель в накопительной кювете и известной плотности жидкости определялся средний объем отрывающейся капли. Измерение ее объема проводилось как без включения магнитного поля, так и при его включении. Накопительная камера, заполненная МЖ, и взвешенная на поверхности немагнитного контейнера капля располагались в области однородного внешнего приложенного магнитного поля. Однородное постоянное и переменное магнитное поле с частотой 50 Гц создавалось катушками Гельмгольца 6. Использовалась МЖ (в последую-
щем жидкость № 1) «магнетит в керосине» с плотностью р = 1447 кг/м3, стабилизированная олеиновой кислотой. Эта жидкость считалась концентрированной. Она подвергалась разбавлению керосином в 2 и 4 раза. В результате было получено еще два состава жидкости с плотностью 1030 и 900 кг/м3. Эти жидкости в последующем будут оговариваться как жидкости № 2 и 3 соответственно.
Результаты измерений и их обсуждение. Как показали наблюдения, истечение капли МЖ из капиллярного отверстия происходит в несколько этапов (рис. 2). Представлена кинограмма роста и отрыва капель МЖ от плоской горизонтальной поверхности без включения внешнего магнитного поля. На первом этапе при истечении жидкости из капиллярного отверстия происходит натекание капли на горизонтальную поверхность, формируется жидкий мешочек (рис. 2а). При отсутствии магнитного поля этот мешочек имеет осесимметричную форму с вертикальной осью симметрии. В последующий момент времени между нижней и верхней частями капли формировалась шейка - перетяжка, которая за короткий промежуток времени удлинялась в вертикальный столбик. В результате образования столбика жидкости каплю можно было разделить на три области (рис. 2б). Нижняя часть капли принимает вид некоторой поверхности вращения. Средняя - форму вертикального столбика с поперечным размером, несколько меньшим, чем поперечный размер нижней части капли. Верхняя часть капли, удерживающаяся на поверхности подвеса, сохраняет форму мешочка. В последующий период времени происходит удлинение столбика в средней части капли до того момента, пока нижняя отрывается от удерживающего ее вертикального столбика. Момент отрыва нижней части капли от удерживающего ее вертикального столбика зафиксирован на рис. 2в.
т I
а б
Рис. 2. Кинограмма роста и отрыва капли МЖ № 1 без включения магнитного поля: а, б, в — состояние капли через 1,1, 1,5 и 2 с истечения капли из капиллярного отверстия
в
Процесс отрыва (окончательного разрушения) капли от горизонтальной поверхности подвеса завершался отрывом вертикального столбика жидкости от верхней части капли, имевшей вид мешочка. Этот отрыв происходил в самом узком нижнем сечении жидкого мешочка. В дальнейшем цикл формирования капли, заключавшийся в истечении вертикального столбика МЖ из нижней части подвешенного жидкого мешочка, удли -нении столбика с последующим отрывом от его нижней части капли и далее отрывом самого столбика от жидкого мешочка, повторялся. Таким образом, в накопительной емкости для взвешивания объема жидкости попадала часть капли, оторвавшаяся от верхней мешковидной ее части, удерживающейся на поверхности подвеса.
Подобный характер роста и отрыва капель МЖ от горизонтальной поверхности, связанный с образованием достаточно длинного жидкого столбика, по-видимому, связан с известным явлением в структурированных растворах - продольной вязкостью или вязкостью Трутона [3]. Магнитная жидкость, как известно, представляет собой коллоидный раствор магнитных частиц с характерным размером 10-8 м в жидкости носителе. И даже при отсутствии магнитного поля в МЖ формируются различного рода цепочки и кластеры из диспергированных частиц, что, вероятно, и способствует проявлению прядомости струйки выкапывающей капли. Эксперименты показали, что при включенном магнитном поле поведение капли на поверхности подвеса существенно изменялось.
На рис. 3 представлены графики зависимости объема отрывающейся части капли МЖ от величины приложенного горизонтального постоянного однородного магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 на рис. 3 соответствуют изменению объема отрывающейся части капли от величины приложенного магнитного поля для жидкостей № 1, 2 и 3. Из рис. 3 видно, что с увеличением напряженности внешнего приложенного магнитного поля объем отрывающейся части капли магнитной жидкости № 1 возрастает почти в 3 раза. Объем отрывающейся части капли магнитной жидкости № 2 увеличивается в полтора раза. Изменяется и объем отрывающейся части капли жидкости № 3 с увеличением напряженности приложенного горизонтального постоянного однородного магнитного поля.
00 " 8 о
■Г 6 >4 2 0
0 1 2 3 4 5 6 7
Н, кА/т
Рис. 3. Зависимость объема У1 отрывающейся части капли МЖ от величины приложенного постоянного горизонтального однородного магнитного поля. Кривые 1, 2, 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
Как уже было описано, отрыв капли, подвешенной на горизонтальной плоской немагнитной поверхности, происходит в несколько этапов. Центральный - отрыв вертикального столбика с предварительным отрывом нависшей на его нижнем торце небольшого размера капельки происходит под воздействием развивающейся неустойчивости поверхности столбика. Явление развития неустойчивости вертикального столба МЖ ранее теоретически изучалось в вертикальном магнитном поле [4, 5]. Однако подобного рода анализ не дает ясного представления об основных причинах увеличения объема оторвавшейся части капли от горизонтальной немагнитной поверхности подвеса при включенном магнитном поле в описываемых экспериментах, так как не учитывался конкретный способ подвешивания столба МЖ.
Найденному в экспериментах изменению объема отрывающейся части капли в горизонтальном постоянном однородном магнитном поле можно дать простое объяснение, если для выделения основных факторов, влияющих на изменение ее объема, в первом приближении не учитывать процессов развития неустойчивости вертикального столба МЖ под воздействием совокупности сил тяжести, поверхностного натяжения и сил магнитного происхождения, а считать, что разрыв капли происходит в момент нарушения равновесия между капиллярной силой, удерживающей каплю на поверхности подвеса, и действующей на каплю силой тяжести.
Условие механического равновесия капли жидкости, подвешенной на плоской горизонтальной поверхности, при отсутствии магнитного поля в простейшем случае можно записать в виде
о1 = mg. (1)
Здесь а - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; I - смоченный жидкой каплей периметр поверхности подвеса; т - масса капли; g - ускорение силы тяжести. В левой части (1) записана величина капиллярной силы, удерживающей каплю на поверхности подвеса. В правой части (1) - сила тяжести, стремящаяся оторвать каплю от поверхности. Из выражения (1) с учетом того, что т = р¥, следует, что объем взвешенной капли V в условиях механического равновесия может быть найден в виде
V = Ы/ pg. (2)
Объем капли жидкости, взвешенной на плоской поверхности, прямо пропорционален величине капиллярной силы ¥ = а1, удерживающей каплю на поверхности подвеса.
Нетрудно показать, что и объем не всей, а только отрывающейся части капли с точностью до малых более высокого порядка будет пропорционален капиллярной силе ¥.
В результате описанных выше экспериментальных наблюдений за состоянием капли жидкости в момент отрыва условие равновесия капли (1) можно уточнить:
а1 = (ть + тс + т^. (3)
Здесь шь - масса жидкого мешочка, не отрывающегося от поверхности при отрыве основной массы капли; шс - масса столбика МЖ, удерживаю -щегося на торце жидкого мешочка; ш! - масса жидкой капли, находящейся на нижнем торце жидкого столбика. Заменим в (3) массы соответствующих участков капли шс и ш! равными им выражениями р¥с, В соответствие с наблюдаемым в экспериментах процессом отрыва капель будем считать, что объем отрывающейся части капли V,\ может быть представлен в виде двух слагаемых:
V = Vc + V,!. (4)
С учетом (4), из (3) объем отрывающейся части капли можно записать в виде
V = — - ^. (5)
Р
Учитывая, что в равновесии должно выполняться равенство поверхностной энергии жидкого мешочка и его потенциальной энергии в поле тяжести, получим
аБ = ш&Н. (6)
Здесь Б - площадь поверхности жидкого мешочка; к - расстояние от центра масс жидкого мешочка до поверхности Земли. Из (6) получаем
шь =—т. (7)
Ф
Учитывая (7), (5) представим в виде
V = —-ЛИ.. (8)
Рё Рёк
Если в качестве характерного линейного размера жидкого мешочка взять периметр его основания I на стенке подвеса, то площадь Б поверхности жидкого мешочка будет иметь порядок I2. Заменяя Б его оценкой, представим в виде
V "С' - ^
РЯ \ к )
Объем отрывающейся части капли с точностью до малых более высокого порядка окончательно будет выражаться соотношением:
V, . (10)
То есть, как и предполагалось, Vt с точностью до малых более высокого порядка прямо пропорционален капиллярной силе ^ = а1.
Как будет ясно из последующего, эти простые рассуждения дают вполне ясное представление о том, что является основным фактором, влияющим на отрывающийся объем капли МЖ во внешнем магнитном поле как постоянном, так и переменном, горизонтальном и вертикальном. Все величины, входящие в (10), кроме смоченного периметра I, сущест-
венных изменений в магнитном поле не претерпевают. Поэтому именно за счет зависимости смоченного периметра I от направления и величины приложенного магнитного поля и происходит изменение объема отрывающейся части капли.
Действительно, в описываемых экспериментах немагнитную поверхность подвеса, смачиваемую каплей МЖ, по сравнению с размерами самой капли, можно было считать неограниченной.
Это обстоятельство и дает возможность проявляться наблюдаемым в описываемых экспериментах изменениям объема отрывающейся части капли в результате приложения горизонтального постоянного однородного магнитного поля. В горизонтальном постоянном однородном магнитном поле, как показали эксперименты, не возникает значительных поперечных деформаций вертикального столбика МЖ. При малых поперечных размерах столбика, имевших место в экспериментах (~1 мм), это обусловлено превалирующим действием сил поверхностного натяжения над силами магнитного происхождения, стремящимися увеличить поперечный размер столбика в направлении приложенного магнитного поля. Однако нависшая на нижнем торце столбика капелька МЖ подобные деформации претерпевала. Эти деформации носили характер развивающихся в направлении приложенного магнитного поля неустойчивостей свободной поверхности. На рис. 4 приведена картина развития неустойчивости нижней части капли в горизонтальном магнитном поле. Изображена капля МЖ, подвешенная на горизонтальной немагнитной поверхности. Формирование капли происходило при истечении МЖ № 1 из капиллярного отверстия под воздействием приложенного внешнего горизонтального однородного магнитного поля, вектор которого лежит в плоскости фотографии и направлен слева направо. Из рис. 4 видно, что капелька жидкости, подвешенная у нижнего торца вертикального столбика жидкости, отрывается с образованием шейки-перетяжки, возникающей в месте ее соединения с вертикальным столбиком жидкости. При этом капелька утрачивает строго симметричную форму, удлиняясь в направлении внешнего приложенного магнитного поля. Развитие этой неустойчивости происходит без значительных изменений объема капельки, что существенно не влияет на обсуждаемые условия равновесия (3). Главным событием, происходящим с подвешенной каплей МЖ в магнитном поле, было удлинение основания капли в плоскости ее контакта с поверхностью подвеса вдоль направления приложенного магнитного поля. По условиям киносъемки в проекции капли, показанной на рис. 4, верхушка жидкого мешочка, удерживающегося на поверхности подвеса, срезана. В этой проекции капли основание ее ножки имеет вид достаточно тонкого слоя жидкости, растекшегося по поверхности подвеса вправо и влево от вертикальной оси рисунка на значительное от этой оси расстояние. Это растекание тонкого слоя МЖ по поверхности подвеса вдоль направления внешнего приложенного магнитного поля приводило к увеличению периметра смачивания I ножкой капли горизонталь-
ной, плоской поверхности подвеса. За счет этого и увеличивалась капиллярная сила, удерживающая каплю МЖ на поверхности подвеса. Описываемое растекание ножки капли по поверхности подвеса вдоль направления приложенного внешнего магнитного поля в зависимости от его напряженности показано на рис. 5. На этом рисунке приведены фотографии основания капли в плоскости подвеса. Вектор внешнего приложенного магнитного поля лежит в плоскости фотографии и направлен снизу вверх. Видно, что основание ножки капли в месте контакта с поверхностью подвеса удлиняется вдоль направления магнитного поля с увеличением его напряженности, при этом увеличивается и периметр смачивания ножкой капли поверхности подвеса. Под периметром смачивания здесь понимается линия, ограничивающая темное пятно от светлой области. Свисающая часть капли, расположенная в геометрическом центре приведенных на фотографиях фигур, не видна.
Рис. 4. Фотография капли МЖ № 1, подвешенной на горизонтальной немагнитной стенке, сформировавшейся при включенном внешнем однородном постоянном магнитном поле 6,8 кА/т
I
а б в
Рис. 5. Изображения торца ножки капли МЖ в месте контакта с немагнитной поверхностью подвеса: а, б, в соответствуют форме торца ножки капли в магнитных полях 0; 5,4; 6,8 кА/м соответственно
Удлинение тонкого слоя основания капли вдоль поверхности подвеса в направлении внешнего приложенного магнитного поля происходит за счет достижения баланса сил поверхностного натяжении, магнитного давления в намагничивающейся среде, скачка давления, возникающего на границе раздела магнитная - немагнитная среда и гидростатического давления. Такие рассуждения обычно используют при объяснении деформации капель МЖ, взвешенных в немагнитной жидкости, или пузырьков газа, взвешенных в МЖ [4]. Однако следует отметить, что при обычном рассмотрении деформации малых объемов МЖ в направлении внешнего приложенного магнитного поля или газовых пузырьков, взвешенных в МЖ, не принимается во внимание обстоятельство, имевшее место в описываемых экспериментах, где наблюдалось существенное изменение характера смачивания МЖ твердой подложки в приложенном магнитном поле. Это явление недостаточно изучено. Некоторые аспекты влияния электромагнитных сил на характер смачивания твердых поверхностей МЖ были за-
тронуты в экспериментальной работе [6], где наблюдалось изменение макроскопического краевого угла в магнитном поле.
Для определения величины капиллярных сил, удерживающих каплю МЖ на поверхности подвеса, в экспериментах измерялся периметр смачивания поверхности подвеса ножкой капли, а именно периметр темного пятна, приведенного на рис. 5. Величина капиллярной силы находилась из выражения Е = а1. Поверхностное натяжение слабо зависело от концентра -ции магнитных частиц в жидкости и в экспериментах для всех составов жидкости принималось равным а = 0,028 Н/м. Графики зависимости величины капиллярной силы Е, удерживающей капли МЖ разного состава на поверхности подвеса, от напряженности приложенного внешнего однородного горизонтального постоянного магнитного поля приведены на рис. 6.
£ 4 г 3 2 1
-1-1-1-1 Н, кА/т
-113 5 7
Рис. 6. Зависимости капиллярных сил Е удерживающих капли МЖ на горизонтальной немагнитной поверхности, от интенсивности приложенного постоянного горизонтального однородного магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
Кривые 1, 2, 3 на рис. 6 соответствуют зависимостям капиллярной силы Е, удерживающей капли МЖ № 1-3 на поверхности подвеса, от напряженности приложенного внешнего горизонтального постоянного однородного магнитного поля. Следует отметить, что величина капиллярной силы зависит не только от напряженности внешнего магнитного поля, но и от концентрации магнитных частиц в МЖ. Из рис. 6 видно, что без магнитного поля величина капиллярной силы Е была наименьшей для капель концентрированной жидкости № 1. С уменьшением концентрации магнитных частиц в составе МЖ капиллярная сила Е, удерживающая ее капли на поверхности подвеса, возрастала, что приводило к соответствующему увеличению объема отрывающейся части капли, найденному в экспериментах без включения магнитного поля и отраженному на рис. 3. На основании (10) в экспериментах без включения магнитного поля должны выполняться соотношения
^ = ^ ^ = ^гр и т.д. (11)
Е Р Е Р2 Здесь значения индексов при величинах V, Е и р соответствуют номерам составов МЖ № 1, 2 и 3. В экспериментах без магнитного поля эти соотношения выполнялись с погрешностью, не превышающей 15 %, как
это следует из сравнения графиков на рис. 3, 6. Из сравнения кривых рис. 3, 6 видно, что соотношения (11) выполнялись и при выкапывании капель различных составов МЖ при включенном однородном горизонтальном магнитном поле различной напряженности. Причем, если соотношения (11) брать вдоль отдельной кривой на графиках рис. 3 и 6 и в качестве У1, У2, а также Еь Е2 брать объемы и капиллярные силы, полученные для жидкости одного состава, но в различных по величине магнитных полях Н и Н2 соответственно, то погрешность соотношения (11) не превышала 5 %.
Таким образом, график зависимости силы Е от величины приложенного внешнего магнитного поля подтверждает предположение о том, что увеличение объема отрывающейся части капли МЖ в приложенном постоянном однородном магнитном поле в основном обусловлено увеличением капиллярной силы Е, удерживающей каплю на поверхности подвеса.
Рис. 7. Зависимость объема У1 отрывающейся части капли МЖ от величины приложенного переменного горизонтального однородного магнитного поля.
Кривые 1, 2, 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
График зависимости объема отрывающейся части капли МЖ № 1, 2 и 3 от величины приложенного внешнего однородного горизонтального переменного магнитного поля с частотой 50 Гц представлен на рис. 7. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют объемам оторвавшихся частей капель МЖ № 1, 2 и 3. Из рис. 7 следует, что в горизонтальном переменном магнитном поле, как и в постоянном, с увеличением напряженности объем отрывающейся части капли существенно возрастает для капель всех трех составов. Поведение кривых 1, 2 и 3 на рис. 7 объясняется поведением кривых 1, 2 и 3 на рис. 8, на котором приведены графики зависимости капиллярной силы Е, измеренной описанным выше способом, от величины внешнего приложенного горизонтального однородного переменного магнитного поля для капель МЖ разного состава. Кривые 1, 2 и 3 на рис. 8 соответствуют составам МЖ № 1, № 2 и № 3. Отличие в обсуждаемом воздействии на капли МЖ переменного горизонтального однородного магнитного поля от постоянного в наибольшей степени проявлялось в том, что основание ножки капли, показанное на рис. 5, несколько меньше вытягивалось вдоль направления приложенного переменного магнитного поля. Но, тем не менее, с увеличением напряженности переменного магнитного поля, как и постоянного, происходило увеличение смоченного периметра I за счет вы-
тяжения тонкого слоя МЖ, смачивающего поверхность подвеса вдоль направления приложенного магнитного поля. Характер деформации растекшегося тонкого слоя МЖ в направлении приложенного переменного магнитного поля был таким же, как показано на рис. 5.
Рис. 8. Зависимости капиллярных сил Е удерживающих капли МЖ на горизонтальной немагнитной поверхности, от интенсивности приложенного переменного горизонтального однородного магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
В вертикальном постоянном и переменном магнитных полях обнаружилась некоторая нелинейность в зависимости величины отрывающегося объема капель от напряженности прикладываемого внешнего магнитного поля для концентрированного состава МЖ (жидкость № 1). На рис. 9 приведены графики зависимости величины объема оторвавшейся части капли от напряженности приложенного внешнего вертикального однородного постоянного магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют зависимостям объема оторвавшихся частей капель МЖ № 1, 2 и 3 от величины внешнего вертикального переменного магнитного поля.
Рис. 9. Зависимость объема У1 отрывающейся части капли МЖ от величины приложенного вертикального постоянного однородного магнитного поля.
Кривые 1, 2, 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
Из рис. 9 видно, что на кривой 1 наблюдается максимум влияния магнитного поля на объем оторвавшейся части капли при напряженности поля в интервале от 2 до 3 кА/м. Такая же нелинейность обнаружилась и при измерении величины капиллярной силы Е, удерживающей капли МЖ № 1 на поверхности подвеса, от величины вертикального внешнего постоянного магнитного поля. Это видно из рис. 10. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют зависимостям капиллярной силы, удерживающей капли МЖ № 1, 2 и 3, от величины внешнего приложенного магнитного поля. В этом случае соотношения (11) также выполнялись.
H, кА/м
-1
1
7
Рис. 10. Зависимости капиллярных сил F удерживающих капли МЖ на горизонтальной немагнитной поверхности, от интенсивности приложенного вертикального постоянного однородного магнитного поля. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют каплям МЖ № 1, 2 и 3
В вертикальном переменном магнитном поле существенных изменений по сравнению с вертикальным постоянным магнитным полем на графиках зависимости объема оторвавшейся части капли и на графиках зависимости капиллярной силы F от напряженности приложенного поля не обнаружилось. Поэтому указанные графики для вертикального переменного магнитного поля в работе не приводятся.
Заключение. В результате проведенных экспериментов было найдено, что объем отрывающейся части капли МЖ, подвешенной на горизонтальной немагнитной поверхности подвеса, зависит от концентрации магнитных частиц в МЖ, величины и направления приложенного внешнего однородного постоянного и переменного магнитных полей. Показано, что зависимость величины объема оторвавшейся части капли от величины приложенного внешнего магнитного поля обусловлена изменением периметра смачивания каплей поверхности подвеса в магнитном поле, т.е. зависит от величины капиллярной силы, удерживающей каплю на поверхности подвеса.
На основании результатов этих экспериментов можно сделать предположение, что и пузырек пара в кипящей МЖ может увеличиваться в объеме при отрыве в результате приложения однородного магнитного поля.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 05-01-00839).
Литература
1. ГогосовВ.В., Симоновский А.Я. // Магнитная гидродинамика. 1993. № 2. С. 62-68.
2. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., 1979.
3. ЛоджА.С. Эластичные жидкости. М., 1969.
4. РозенцвейгР. Феррогидродинамика. М., 1989.
5. Коровин В.М. // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып. 10. С. 22-32.
6. Zimmels Y, Yarar B. // J. of Colloid and Interface Science. 1984. Vol. 99. P. 59-70.
Ставропольский государственный университет
12 сентября 2006 г.
1
9
