Колебательное движение тел, взвешенных в магнитных коллоидных наносистемах

Реферат

Колебательное движение тел, взвешенных в магнитных коллоидных наносистемах

В случае, когда плавающее в жидкости тело погружено в нее частично, его равновесие осуществляется за счет равенства сил тяжести и архимедовой силы, действующей на погруженную часть тела. Воздействие дополнительной внешней силы, сонаправленной с силой тяжести приводит к дополнительному погружению тела. После же прекращения ее действия тело возвращается к положению равновесия за счет выталкивающей силы, при этом, оно может совершать колебательное движение, продолжительность которого определяется добротностью системы. Целью настоящей работы является исследование подобного рода колебательного движения, совершаемого телом, частично погруженным в среду, способную намагничиваться при воздействии магнитного поля. В этом случае, возможно использование периодически действующей выталкивающей силы, создаваемой магнитным полем.

Магнитные коллоидные наносистемы (магнитные жидкости) обладают рядом интересных свойств, обусловленных уникальным сочетанием их текучести и способности намагничивания в магнитном поле [1]. Одним из таких свойств является выталкивание немагнитного тела, погруженного в магнитную жидкость в область более слабого магнитного поля. В случае использования периодически изменяющегося магнитного поля, сила, действующая на такое тело, становится переменной. Для проведения экспериментальных исследований использовалась установка, общая схема которой приведена на рисунке 1.

6

1

8

7

2

4

3

5

Рис.1. Экспериментальная установка.

1 – электродвигатель с редуктором;

2 – катушка;

3, 4 – источники тока;

5 – амперметр;

6 – стеклянная колба;

7 – осветитель теневой проекции;

8 – экран с миллиметровой бумагой.

Рис.2 Схема установки Рис.3 Стеклянный плавок

1 – электродвигатель с редуктором;

2 – катушка;

3, 4 – источники тока;

5 – амперметр;

6 – стеклянная колба;

7 – немагнитное тело (стеклянный поплавок, рис.3);

8 – МЖ;

В качестве объекта исследования использовалось тело (рис.3), представляющее собой стеклянную ампулу, частично заполненную свинцовой дробью с продолжением в виде цилиндрической трубки. При определенном количестве дробинок такой поплавок устанавливался вертикально в жидкости, так что его конец в виде цилиндрической трубки находился над ее поверхностью. Магнитный наноколлоид был налит в цилиндрическую кювету 6 (Рис.1), которая устанавливалась на намагничивающее устройство 2. В качестве намагничивающего устройства использовалась катушка с малой высотой и ферромагнитным сердечником из магнитомягкого железа. Оценка амплитуды колебаний проводилась по теневой проекции конца поплавка на экране 8 с миллиметровой сеткой. Для создания периодически воздействующего поля было сконструировано устройство 1, периодически подающее напряжение прямоугольной формы на намагничивающую систему.

1

Рис.4 Двигатель с редуктором

1 – электродвигатель с редуктором;

2 – диск, одна сторона которого замыкает цепь, связанную с катушкой, другая размыкает ее;

3 – щетки.

При воздействии магнитного поля, поплавок испытывал дополнительную выталкивающую силу за счет взаимодействия поля с магнитной жидкостью. Ее появление может быть объяснено следующим образом. Действие магнитного поля приводит к намагничиванию жидкой среды, а в случае разрыва ее оплошности (например, нахождения в ней немагнитных тел) на границах раздела возникают магнитные полюса. Немагнитные тела при этом могут быть уподоблены “магнитным дырам“, имеющим магнитный момент, направленный противоположно полю. Если тело имеет анизотропную форму, то оно устанавливается большой осью вдоль поля (что приводило к большей устойчивости исследованного нами объекта), в случае же неоднородного поля на тело воздействует сила, стремящаяся вытолкнуть его в область более слабого поля. Величина этой силы определяется выражением:

где - магнитный момент магнитной дырки.

Величина , может быть представлена в виде

,

где магнитная восприимчивость магнитной жидкости, - размагничивающий фактор тела, - его объем. С учетом этого, для справедливо выражение:

Периодическое воздействие такой силы приводит к возникновению вынужденных колебаний погруженного в жидкость тела, что и наблюдалось при проведении эксперимента. Создание периодически действующей силы осуществлялось за счет подачи на намагничивающую систему однополярных прямоугольных импульсов напряжения со скважностью, равной длительности импульса. Для создания таких импульсов использовался двигатель 1 (Рис.4) с регулированной частотой вращения, на оси которого закреплялся диск 2, полов

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать