Устойчивый разрыв горизонтального слоя феррожидкости, расположенного на жидкой подложке Текст научной статьи по специальности «Физика»

УСТОЙЧИВЫЙ РАЗРЫВ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СЛОЯ ФЕРРОЖИДКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННОГО НА ЖИДКОЙ ПОДЛОЖКЕ

К. А. Бушуева, К.Г. Костарев

Институт механики сплошных сред УрО РАН,

614013, Пермь, Акад. Королева, 1

Работа посвящена экспериментальному определению условий формирования стационарного разрыва слоя феррожидкости, а также изучению его поведения в магнитном поле. В частности, получены зависимости диаметра возникающего разрыва от толщины разрываемого слоя и диаметра кюветы в отсутствие поля. Проведено сравнение характеристик устойчивых разрывов слоев феррожидкости, керосина и воды на жидких подложках из перфтороктана и четыреххлористого углерода для оценки влияния различных физикохимических свойств используемых пар жидкостей. Включение магнитного поля, параллельного поверхности слоя феррожидкости, привело к деформации разрыва с одновременным движением его вдоль направления поля. Установлены зависимости различных характеристик разрыва, включая его эксцентриситет, от напряженности поля и величины намагничивания феррожидкости. Продемонстрирована возможность закрытия стационарного разрыва под действием магнитного поля.

Ключевые слова: двухслойная система жидкостей, стационарный разрыв слоя жидкости, феррожидкость, магнитное поле.

ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно, что число устойчивых форм, которые может принимать система двух несмешивающихся жидкостей в гравитационном поле, достаточно ограничено [1-3]. Это капли, плавающие

© Бушуева К.А., Костарев К.Г., 2009

на свободной поверхности либо лежащие на дне полости, в зависимости от их плотности по отношению к жидкости с большим объемом; два горизонтальных слоя жидкостей - легкая поверх тяжелой; и, наконец, двухслойная система жидкостей, у которой один из слоев обладает разрывом, который примыкает к боковой стенке полости и поэтому частично повторяет ее форму. Однако существует еще одна устойчивая конфигурация жидкостей, в которой разрыв верхнего слоя не контактирует с границами полости, имея в результате форму правильного круга [4-8]. Отсутствие контакта с твердыми поверхностями делает такой разрыв очень чувствительным к внешнему влиянию, позволяя ему деформироваться и перемещаться под действием сколь угодно малых сил. Если же одна из жидкостей двухслойной системы с разрывом обладает восприимчивостью к электрическому или магнитному воздействию, то подобная система оказывается довольно перспективной в плане технологического применения. К их числу можно с уверенностью отнести систему, в которой для создания верхнего слоя используется феррожидкость, поведение и форма свободной поверхности которой существенным образом определяется параметрами магнитного поля [9, 10].

Целью предлагаемой работы является экспериментальное исследование условий возникновения и существования устойчивых разрывов слоя феррожидкости на жидкой подложке в отсутствие внешних воздействий, а также изучение влияния горизонтально направленного магнитного поля на геометрию стационарного разрыва слоя феррожидкости и на его положение относительно стенок кюветы.

1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Согласно работе [5] условием формирования устойчивого разрыва слоя жидкости на жидкой подложке является удовлетворение верхней жидкости следующим требованиям: а) она должна смачивать стенки кюветы, б) быть менее плотной, чем нижняя жидкость, в) иметь, по сравнению с нею, большее поверхностное натяжение. Учитывая эти требования, в качестве подложки для керосина и двух феррожидкостей был выбран перфтороктан С8 і<18, а для воды наряду с С8і<18 еще и четыреххлористый углерод СС/4 (физико-

химические данные жидкостей приведены в таблице).

Двухслойная система жидкостей создавалась в стеклянной кювете в виде короткого вертикального цилиндра с внутренним диамет-

ром Б = 19.8 - 92.6 мм. Для изготовления кювет использовалось химическое стекло производства фирмы JENAerGLAS, хорошо смачиваемое выбранными жидкостями. В опытах рассчитанная толщина слоя варьировалась от 2 до 7 мм. Толщина жидкой подложки в несколько раз превышала толщину слоя и составляла от 10 до 20 мм. Для создания разрыва верхнего слоя использовалась деформация его свободной поверхности узконаправленным потоком воздуха, выдуваемым через иглу медицинского шприца.

Таблица

Жидкость Плотность p, г/см3 Поверхностное натяжение о, дин/см

керосин 0.82 26

феррожидкость № 1 1.37 28.0

феррожидкость № 2 1.37 25.8

вода 1.00 71.2

C8 F18 1.76 15.8

CCl4 1.59 26.8 [11]

Основной характеристикой устойчивого разрыва служит зависимость его диаметра d от толщины h слоя, в котором возникает разрыв. Толщина верхнего слоя жидкости определялась в опытах как h = m I (pS), где m - масса жидкости, p - ее плотность,

S = 7tD2 14 - площадь исходного (сплошного) слоя, который при этом считался плоским. Для определения массы жидкости использовались электронные весы AND EK 610i с ценой деления 0.01 г. Измерение диаметра кюветы проводилось с помощью цифрового штангенциркуля с минимальным делением 0.01 мм. Для измерения поверхностного натяжения керосина и феррожидкостей был использован пузырьковый тензиометр ВРА-800Р.

Опыты выполнены при температуре жидкостей и окружающей среды (23.0 ± 1.0) оС.

Эксперимент включал две серии опытов. Опыты первой серии были направлены на определение характеристик устойчивого разрыва слоя феррожидкости в отсутствие магнитного поля и сопоставление этих характеристик с данными по разрыву слоев керосина и воды, которые использовались для выяснения особенностей при-

менения перфтороктана в качестве жидкой подложки. Во второй серии опытов исследовалась деформация устойчивого разрыва горизонтального слоя феррожидкости в продольном магнитном поле.

В ходе опытов первой серии кювета устанавливалась на весы, и в ней создавалась двухслойная система жидкостей, которая заполняла кювету примерно наполовину по высоте - так, чтобы при возникновении разрыва мениск верхнего слоя мог свободно перемещаться вдоль стенки кюветы одновременно с подъемом уровня жидкости. В этом случае изменение формы поверхности слоя связано только с образованием разрыва. После создания разрыва кювета закрывалась стеклом или прозрачной пленкой с целью уменьшения испарения жидкостей. Слой с разрывом фотографировался сверху с помощью аналоговой видеокамеры с частотой съемки 25 кадров/с (рис. 1).

Рис. 1. Экспериментальная кювета, вид сверху, внутренний диаметр Б = 61.3 мм

В кадре на фоне кюветы с разрывом видны показания электронных весов. Для упрощения настойки видеокамеры и первичного анализа изображения под кюветой располагался лист миллиметровой бумаги.

Во второй серии опытов экспериментальная кювета помещалась на горизонтальную площадку, расположенную между катушками Гельмгольца вдоль их оси симметрии. Характеристики катушек следующие: диаметр колец 180 мм, расстояние между ними 75 мм, толщина провода 1 мм, число витков 321. Величина магнитного поля, создаваемого катушками, регулировалась с помощью стабилизирующего источника питания GPR-7550D. Измерение массы и, соответственно, толщины верхнего слоя проводилось путем взве-

шивания на электронных весах шприца с феррожидкостью до и после ее заливки в кювету. Изображение кюветы регистрировалось видеокамерой, установленной над системой катушек. В отличие от первой серии опытов, в поле кадра дополнительно выводилась информация о силе тока, подаваемого на катушки Гельмгольца (это будет показано на рис. 8).

2. РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Разрыв слоя феррожидкости в отсутствие магнитного поля

Основой феррожидкости является керосин, имеющий нулевой угол смачивания для стекла и достаточно малое поверхностное натяжение, что требует от жидкой подложки обладания еще меньшим поверхностным натяжением. Все это создает условия для возникновения особенностей формирования и закрытия стационарных разрывов слоя феррожидкости. С целью их выявления были получены зависимости диаметра возникающего разрыва от толщины исходного слоя керосина, ферррожидкости и воды на перфтороктановой подложке (кривые 1—3 на рис. 2).

Рис. 2. Зависимость диаметра разрыва от начальной толщины верхнего слоя жидкости для пар жидкостей: керосин - С8Е18 (1), феррожидкость -

ОД8 (2), Н20 - С8^18 (3) и Н20 -СС14 (4); В = 75 мм

Все зависимости ё(И) получены путем доливания жидкости в слой с уже существующим разрывом. Такой подход позволяет снизить уровень возмущений слоя при изменении его толщины и избежать досрочного закрытия разрыва вблизи порога неустойчивости. Диаметр создаваемого разрыва монотонно уменьшается с ростом

толщины слоя до тех пор, пока не произойдет схлопывание разрыва, что происходит пороговым образом при И = Ишах и соответствующем ё = ёшш.

Из сравнения кривых 1 -3 видно, что максимальная толщина слоя Ишах возрастает с увеличением разности поверхностного натяжения До жидкостей, создающих двухслойную систему (До = о2 -ох, где о1 и о2 - поверхностное натяжение подложки и верхнего слоя относительно воздуха, соответственно). В то же время зависимости ё (И) для воды на перфтороктане и на четыреххлористом углероде практически совпадают (кривые 3 и 4), что противоречит выводу о пропорциональности Ишах перепаду поверхностного натяжения, сделанному в [7] ( До для системы Н20 - С8ГХ8 на четверть превышает До для Н20 - СС14). Причиной этого является распространение по поверхности верхнего слоя тонкой пленки жидкости -подложки, поскольку последняя выступает в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) по отношению к верхней жидкости, благодаря большой разнице поверхностных натяжений. Формирование пленки ведет к созданию эффективного поверхностного натяжения верхнего слоя в области разрыва, заметно меньшего о2 .

Поскольку свойства ПАВ жидкость подложки проявляет по мере возрастания До , можно рассчитать вклад ее поверхностной активности, используя следующий подход. В [8] была получена зависимость относительной площади 5/£ разрыва (5 =пё2/4) от безразмерной толщины слоя, из которой следует, что при 5 / £ ® 0

И ® Ишах = кИ* , (2.1)

где к - константа, И* - единица измерения толщины верхнего слоя, определяемая выражением

к" = %-

( Ар ( Г

Ях-^- + Я2

р V рі у у

(2.2)

в котором Кх и К2 - капиллярные радиусы жидкости верхнего слоя, окруженной воздухом (Кх = \]&2 / Р280 ), и жидкостью под-

ложки (К2 = ^КаГКр^~0 ), где Др = р1 - р2, g0 - ускорение свободного падения. Множитель (2 - Др / р1) играет роль весового коэффициента, определяющего, насколько высоко жидкость подложки под действием гидростатического давления верхнего слоя поднимается в разрыве по отношению к его толщине.

Величина коэффициента к может быть вычислена как среднее арифметическое (Ишах / И*). для различных систем жидкостей с малым До , для которых вклад поверхностной активности подложки незначителен. Из [8] с учетом полученных данных для керосина и феррожидкости на перфтороктане следует, что k = 0.47 ± 0.04. Рассчитанная по (2.1), (2.2) величина Ишах не учитывает существования пленки и, следовательно, не зависит от ее свойств.

Рис. 3. Зависимость максимальной толщины слоя от разности поверхностного натяжения жидкостей слоя и подложки для кюветы D = 75 мм: жидкости поверх СС14 [7] (1) и поверх С8Р18 (2); значение Ишах , рассчитанное для жидкостей на подложке СС14 (3) и на подложке С8Р18 (4)

На рис. 3 представлены зависимости Ишах (До) : экспериментальные данные (точки 1 и 2) и результаты расчета (3 и 4). Для воды и для водных растворов бутандиола (5 % и 10 %), обладающих большим перепадом поверхностного натяжения по отношению к СС14, рассчитанные значения (точки 3, начиная с крайней правой) хорошо укладываются на линейную зависимость, полученную экспериментально для жидкостей с малым перепадом До . Для жидкостей на подложке С8Р18 (точки 4, справа налево - вода, этиленгликоль

[8], 60 % водный раствор бутандиола [8], феррожидкость, керосин) рассчитанные значения также описываются линейной зависимостью, хотя и не совпадающей с зависимостью для жидкостей на подложке СС14. Причина несовпадения кривых кроется, по-

видимому, в отсутствии учета в к” характеристик смачивания боковых стенок кюветы жидкостями двухслойной системы.

Для выяснения величины За снижения поверхностного натяжения верхнего слоя за счет наползающей пленки жидкости подложки решим обратную задачу, для чего в (2.1) подставим Итах , полученную в эксперименте, а в (2.2) а2 заменим на (а2 -За). Решение системы (2.1), (2.2) относительно За определяет ее значение как 22.8 дин/см для системы Н20 - С8, 4.7 дин/см - для Н20 - СС14, 1.3 дин/см - для 10 % раствора бутандиола на подложке СС/4.

Таким образом, сравнение экспериментальных и расчетных данных позволяет оценить влияние поверхностно-активных свойств жидкой подложки и ограничить учет их воздействия областью Да > 30 дин/см для СС/4 и Да > 20 дин/см для С8 _Р18.

100 _ 100

4 мм 4 мм

50 А . X 50

СТГт-Оч

2э-11^^»чЛ

0 і ^ 0 ійа5УЦ

2 к, мм

4 к, мм 7

б

Рис. 4. Зависимость диаметра разрыва от начальной толщины верхнего слоя феррожидкости № 1 (а) и воды (б) на С8^18. Диаметр кюветы В = 19.8 (1), 28.5 (2), 42.8 (3) и 92.6 мм (4)

0

4

1

а

Для выяснения специфики, связанной с выбором в качестве верхнего слоя жидкостей с малым поверхностным натяжением, можно использовать сравнение зависимостей размера стационарного разрыва от толщины слоя феррожидкости (рис. 4, а) и воды

(рис. 4, б) на подложке С8^18, заполняющих кюветы различного диаметра.

Видно, что увеличение <г2 ведет к достаточно сильной зависимости йшах от Б . Действительно, этот вывод подтверждается при рассмотрении зависимости Ишах (Б) для ряда жидкостей на различных подложках (рис. 5, а). Отсутствие зависимости Ашах от Б для керосина и феррожидкости в выбранном диапазоне размера кювет связано с их малым поверхностным натяжением и, значит, с их малым капиллярным радиусом, что ограничивает влияние капиллярной деформации поверхности верхнего слоя относительно небольшой областью (по сравнению со всей площадью слоя) даже для кюветы малого диаметра.

а б

Рис. 5. Зависимости максимальной толщины слоя (а) и минимального диаметра разрыва слоя (б) от диаметра кюветы для керосина (1), феррожидкостей № 2 (2) и № 1 (3), воды на подложках С8Е18 (4) и СС14 (5)

Интересной является зависимость минимального диаметра разрыва слоя от диаметра кюветы (рис. 5, б). Различие в величине ^ш!п для разных пар жидкостей составляет всего 1 мм для кюветы Б = 19.8 мм, достигая порядка 5 мм при Б = 92.6 мм, т.е. изменяется пропорционально длине линии контакта жидкости с боковой поверхностью кюветы. Таким образом, можно сделать вывод, что различие в величине ёшП определяется краевым углом смачивания стекла, слабо различающимся для всех жидкостей, используемых для создания верхнего слоя.

В отличие от зависимостей кшах (В), кривая ёшП (В) для керосина проходит выше аналогичных кривых для феррожидкостей. Наиболее вероятной причиной этого является высокая погрешность (~ 1 мм) в измерении ^ш!п для слоев керосина, обусловленная их малой толщиной и высокой прозрачностью (в отличие от феррожидкости), а также малым перепадом поверхностного натяжения с жидкостью подложки (последнее обстоятельство ведет к слабо выраженному переходу от слоя керосина к перфтороктану).

На рис. 6 приведена зависимость относительной площади разрыва от толщины слоя для использованных феррожидкостей. Зависимости, полученные для кювет различного диаметра, для каждой феррожидкости в отдельности совпадают, поэтому экспериментальная кривая приводится только для одной кюветы.

Рис. 6. Зависимость относительной площади разрыва от толщины слоя для кюветы В = 59.4 мм для феррожидкостей № 1 (1) и № 2 (2)

Зависимость 5/ £ = / (к) имеет линейный вид во всем интервале

значений к, для которых существует разрыв. Исключение составляет область вблизи кшах , в которой отклонение от линейной зависимости увеличивается с уменьшением В . Расхождение здесь кривых, полученных для разных феррожидкостей, обусловлено различием в их поверхностном натяжении, что может быть использовано для оценки области влияния капиллярных эффектов на границе разрыва.

2.2. Устойчивый разрыв горизонтального слоя феррожидкости в продольном магнитном поле

Выбранные для эксперимента феррожидкости помимо различного поверхностного натяжения имели еще и различные кривые намагничивания (рис. 7), что позволило в дальнейшем более полно исследовать влияние магнитного поля на слой с разрывом.

Рис. 7. Кривые намагничивания для феррожидкостей № 2 (1) и № 1 (2) [12]

Как и ожидалось, включение магнитного поля, продольного поверхности слоя феррожидкости, вызвало изменение формы разрыва слоя с правильного круга на эллипс (соответственно рис. 8, а и б) с его одновременным смещением вдоль поля.

Рис. 8. Изменение формы разрыва слоя феррожидкости № 2 в продольном магнитном поле. Напряженность поля Н = 0 (а, г), 0.9 (б), 2.0 (в), 5.0 (д) и 8.0 кА/м (е). Диаметр кюветы В = 59.4 мм

Дальнейшее увеличение напряженности поля ведет к росту деформации разрыва, т.е. к изменению формы разрыва с эллиптической на каплевидную (рис. 8, в), и к его последующему схлопыва-нию при достаточно малых начальных диаметрах разрыва. Если разрыв имеет большой начальный размер (рис. 8, г), то он, вытягиваясь, упирается в стенки кюветы (рис. 8, д). Свободные границы

становятся почти параллельными направлению поля и придают разрыву форму трапеции (рис. 8, е).

а

б

Рис. 9. Зависимость длины большой (а) и малой (б) осей разрыва слоя феррожидкости от напряженности магнитного поля. Начальный диаметр разрыва слоя а = 21.2 (1), 23.3 (2), 28.8 (3), 38.0 (4), 46.3 (5) и 51.3 мм (6). Диаметр кюветы Б = 59.4 мм

Зависимость длины большой и малой осей разрыва, обозначенных как а и Ь и измеренных соответственно вдоль и поперек направления магнитного поля, от его напряженности представлены на рис. 9. Вертикальными штрихпунктирными линиями на рисунке разграничены области различных форм разрыва: участок О - А соответствует разрыву в виде эллипса, участок А - В - плавному переходу разрыва от эллипса к капле или трапеции, участок В - С -

к трапециевидной форме разрыва. Горизонтальными штриховыми линиями отмечены границы области возможного существования разрыва в отсутствие поля - от минимально возможного диаметра ашт = 13 мм до боковой стенки кюветы.

Видно, что характер деформации разрыва слоя феррожидкости под действием магнитного поля сильно зависит от того, больше или меньше радиуса кюветы его начальный диаметр. Если меньше, то его деформация по мере роста напряженности поля сводится сначала к поперечному сжатию (рис. 9, б, кривые 1-3), а затем - при достижении разрывом каплевидной формы - к сокращению его продольного размера (рис. 9, а, кривые 2, 3). При приближении последнего к минимально возможному диаметру происходит схлопы-вание разрыва. К этому моменту поперечный размер разрыва оказывается существенно меньше ашт . Особенным является поведение разрывов с диаметром, изначально близким к минимальному. Такие разрывы схлопываются, как только их поперечный размер приближается к ашт , т.е. еще на стадии перехода разрыва к форме эллипса или капли (рис. 9, б, кривая 1).

В случае, когда начальный диаметр устойчивого разрыва сопоставим с радиусом кюветы или превышает его, характер деформации значительно изменяется. Хотя, как и ранее, поперечный размер разрыва с появлением поля монотонно убывает (рис. 9, б, кривые 4-6), его продольный размер, напротив, начинает интенсивно возрастать, достигая стенки кюветы и, в конечном итоге, оттесняя от нее даже пристеночный мениск (рис. 9, а, кривые 4-6). Отметим, что на последней стадии указанные кривые совпадают, что легко объяснимо, поскольку высота пристеночного мениска определяется краевым углом и не зависит от толщины слоя жидкости и, соответственно, от диаметра разрыва.

Для характеристики относительного изменения формы разрыва

удобно использовать эксцентриситет е = Vа2 - Ь2 / а . На рис. 10 представлена зависимость эксцентриситета е для разрывов различного начального диаметра от напряженности Н магнитного поля. Видно, что величина эксцентриситета слабо зависит от начального размера разрыва, но достаточно сильно зависит от напряженности поля, что обусловлено изменением формы разрыва под действием поля. Нелинейная зависимость эксцентриситета от диаметра разрыва связана, по-видимому, с влиянием краевых эффектов

- при ё > 46.3 мм разрыв изначально попадает в зону влияния пристеночного мениска.

Рис. 10. Зависимость эксцентриситета разрыва слоя феррожидкости № 2 от напряженности магнитного поля для кюветы диаметром Б = 59.4 мм. Начальный диаметр разрыва слоя ё = 21.2 (1), 28.8 (2), 38.0 (3), 46.3 (4) и 51.3 мм (5)

Рис. 11. Зависимость относительной площади разрыва от толщины слоя феррожидкости № 2 для кюветы Б = 59.4 мм. Напряженность магнитного поля Н = 0 (1), 3.2 (2), 5.3 (3), 6.4 (4), 8.5 (5) и 10.6 кА/м (6)

На рис. 11 приведена зависимость изменения относительной площади разрыва слоя феррожидкости от его толщины в условиях действия магнитного поля. Универсальный характер зависимости 5/ £ = /(И) для кювет различного диаметра сохраняется и при включении поля. Видно, что увеличение напряженности магнитно-

го поля ведет к слабому уменьшению критической толщины слоя феррожидкости. При этом сама относительная площадь разрыва слоя феррожидкости при фиксированном значении толщины слоя монотонно уменьшается с ростом напряженности магнитного поля (рис. 12).

Рис. 12. Зависимость относительной площади разрыва от напряженности магнитного поля при толщине слоя Ь = 2 мм и В = 59.4 мм

Рис. 13. Зависимость площади разрыва слоя от величины магнитного поля в кювете диаметром В = 59.4 мм. Для феррожидкости № 2 начальная толщина слоя Ь = 1.41 (1), 1.93 (3) и 2.42 мм (5); для феррожидкости № 1 Ь = 1.07 (2), 1.89 (4) и 2.31 мм (6)

На рис. 13 представлено изменение площади разрыва феррожидкости под влиянием магнитного поля для различных фиксированных начальных значений толщины слоя. Видно, что увеличение намагничивания феррожидкости ведет к росту отклика разрыва ее слоя на действие поля. Так, разрывы феррожидкости № 1, обладающей большим намагничиванием, чем феррожидкость № 2, при

прочих равных условиях сильнее деформируются и закрываются при заметно меньших значениях напряженности магнитного поля.

Заключение. На основе выполненного эксперимента определены зависимости основных характеристик устойчивых разрывов слоя феррожидкости на жидкой подложке в отсутствие внешнего воздействия, проведено их сравнение с данными ряда тестовых жидкостей, выявлена специфика использования перфтороктана и феррожидкости в качестве подложки и жидкости верхнего слоя, соответственно.

Использование однородного магнитного поля, параллельного поверхности феррожидкости, позволило оценить степень его влияния на форму и положение устойчивого разрыва слоя, выяснить зависимость относительной площади разрыва слоя от величины магнитного поля для кювет разного диаметра. Продемонстрирована существенная зависимость деформации разрыва под действием магнитного поля от величины намагничивания феррожидкости.

Полученные результаты подтверждают предположение о перспективности применения двухслойных систем на основе феррожидкости. В частности, найденная зависимость площади стационарного разрыва от напряженности магнитного поля позволяет создавать разрывы заданного размера, что может быть использовано в оптических устройствах. Аналогичным образом можно использовать и закрытие разрыва слоя феррожидкости под действием магнитного поля.

Авторы искренне благодарны Б.Л. Смородину за предложение обратить внимание на эту задачу, А.В. Шмырову и А.В. Лебедеву за помощь в работе и плодотворное обсуждение результатов.

Работа выполнена при поддержке проектов РФФИ Урал № 0701-96053 и № 07-02-96017, а также Интеграционного проекта СО, УрО и ДВО РАН №116.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабский В.Г., Копачевский Н.Д., Мышкис А.Д., Слобожанин Л.А.

Гидромеханика космоса. М.: Наука, 1976. 504 с.

2. Сивухин Д.В. Механика. Т. 1. М.: Физматлит, 2002. 560 с.

3. Birikh R.V., Briskman V.A., Velarde M.G., Legros J.-C. Liquid interfacial systems: oscillations and instability. Marcel Dekker Inc., New

York-Basel, 2003. 367 p.

4. Стойлов Ю.Ю. Колебания жидкостей при испарении и парадоксы испаляторов // УФН, 2000. Т. 170, № 1. С. 41-56.

5. Шмыров А.В., Костарев К.Г. Стационарные разрывы поверхности двухслойной системы несмешивающихся жидкостей // Конвективные течения... Вып. 2. Пермь: ПГПУ, 2005. С. 73-86.

6. Шмыров А.В., Костарев К.Г. Устойчивые разрывы в двухслойных системах жидкостей: влияние краевых эффектов // Гидродинамика. Вып. 16. Пермь: ПГУ, 2007. С. 142-148.

7. Братухин Ю.К., Зуев А.Л., Костарев К.Г., Шмыров А.В. Устойчивость стационарного разрыва жидкого слоя на поверхности несмешивающейся жидкости // МЖГ. 2009. № 3. С. 11-22.

8. Костарев К.Г., Шмыров А.В. Устойчивые разрывы в двухслойных системах жидкостей // Коллоидный журнал (направлено в печать).

9. Gollwitzer C., Spyropoulos A.N., Papathanasiou A.G., Boudouvis A.G., Richter R. The normal field instability under side-wall effects: comparison of experiments and computations // New Journal of Physics. 2009. 053016. V. 11. № 5. P. 1-17.

10. Lebedev A.V., Engel A., Morozov K.I., Bauke H. Ferrofluid drops in rotating magnetic fields // New Journal of Physics. 2003. V. 5. P. 57.1-57.20.

11. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества / Под ред. А. А. Абрамзона. Л.: Химия, 1984. 293 с.

12. Бушуева КА., Костарев К.Г., Лебедев А.В. Влияние продольного магнитного поля на стационарный разрыв горизонтального слоя феррожидкости на жидкой подложке // Сб. научных трудов конференции «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем» (Ставрополь, 14-17 сентября, 2009 г.). Ставрополь, С. 218-223.

STABLE RUPTURE OF HORIZONTAL LAYER OF FERROFLUID ON A LIQUID SUBSTRATE

C.A. BUSHUEVA, K.G. KOSTAREV

Abstract. The paper is devoted to experimental determination of the conditions of stationary rapture formation in a ferrofluid layer and investigation of its behavior under the influence of the magnetic field. In particular, it has been found that the rupture diameter depends on the thickness of the breaking layer and the cuvette diameter free of any external actions. A comparison between the stable rupture characteristics of the kerosene, ferro-fluid and water layers lying on the perfluoro-n-octane or carbon tetrachloride substrates is made to estimate the influence of different physical-chemical properties of the liquid pairs used in the experiment. It has been shown that the magnetic field applied parallel to the surface of a ferrofluid layer causes deformation of the rupture and its simultaneous movement along the field direction. The dependences of different rupture characteristics (including its eccentricity) on the field intensity and the degree of magnetization of the ferrofluid have been determined. The possibility of closure of a stationary ferrofluid rupture under the influence of the field is demonstrated.

Key words: two-layer system of liquids, stationary ruptures of liquid layer, ferrofluid, magnetic field.