Дослідження властивостей магнітних рідин

Акумуляція енергії в осередку. Анізотропія електропровідності МР, наведена зовнішнім впливом. Дія електричних і магнітних полів на структурні елементи МР. Дослідження ВАХ МР при різних темпах нагружения осередку. Математична теорія провідності МР.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Дипломна робота

Дослідження властивостей магнітних рідин

ВВЕДЕННЯ

Магнітні рідини (МР) на основі гасу мають деяку електричну провідність.

Носіями заряду можуть бути залишкові іони технологічної процедури при виготовленні МР як продукт розпаду іонних атмосфер, що супроводжують стабілізуючій оболонці часток і їхніх агрегатів. Припустити як носії самі магнітні частки і їхній агрегат можна, але більша маса й низька рухливість при, загалом, малому, очевидно, надлишковому заряді малоймовірна.

Наслідком залежності можуть стати інші явища, уже виявлені.

Так уже замічена спонтанна поляризація електродів кондуктометричного осередку (КО), обумовлена, швидше за все, деякою асиметрією матеріалу електродів. Чітко проявляється гістерезис у ході ВАХ, обумовлений, очевидно, темпом навантаження КО. Неясна лише його залежність від зовнішніх умов, внутрішньої сполуки й структури МР як системи. Інша чудова властивість МР, пов'язане з її провідністю, - це акумуляція заряду й енергії в КО при її зарядженні. Багато деталей цього явища ще сховані, але дещо відомо виразно. Установлено співвідношення (якісне) між заряджаючою напругою й максимальною різницею потенціалів у зарядженої КО. Вивчено хід розряду й знайдено, що заряд, що нагромадився в ній, значно перевищує заряд цього ж осередку, узятої в ролі конденсатора з повітряно-гасовим і наповнювачем.

Всі ці факти дозволили провести першу грубу оцінку електричних характеристик МР. У справжній роботі продовжені дослідження провідності МР на основі гасу й акумуляції енергії в КО в умовах температури, що застосовується; отримані деякі нові результати про механізм розряду шляхом вивчення саморозряду КО й зіставлення його з повним розрядом. Ці результати поки ще не відрізняються високим ступенем точності (кількісної) через підвищену чутливість МР до температури, але якісно визначені.

ГЛАВА I. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1. Карбівок В.В., Бондаренко Е.А., Кандаурова Н.В. Нагромадження заряду в электрофоретичному осередку із МР

Були проведені дослідження електричних властивостей МР «магнетит у гасі» з ПАВ, олеїнової кислотою об'ємною концентрацією 5-12 %.

ВАХ осередку, використовуваної в даній роботі нелінійні, тому осередок можна представити як конденсатор, що накопичує заряд на обкладках, величина якого виявилася рівної 10_ 5 Кл(еквівалентна ємність такого конденсатора порядку 10 мкФ.

При подачі на осередок прямокутного імпульсу напруги з амплітудним значенням 10 У залежність напруги на осередку від часу має вигляд.

Одержали функцію, виду

де , C1 - порядку 10 нФ; , C2 - порядки 10 мкФ.

Оптичні дослідження показують, що час застосування відбивної здатності осередку при подачі на неї імпульсної напруги й висвітленні світлом довжиною хвилі = 504 нм, має той же порядок, що й час зарядки конденсатора.

При подачі const напруги на осередок у ній тече струм, під дією якого частки магнетиту рухаються до електродів, поблизу поверхонь провідний шар, відділений шаром ПАВ. В об'ємі осередку утвориться об'ємний заряд, що спричиняється провідність осередку.

Передбачається, що можна розглядати осередок як систему послідовно з'єднаних конденсаторів, обкладки яких являють собою провідний шар диоксида олова, шар провідних часток з непровідним шаром ПАВ, що проводить середовище, обумовлену виникненням об'ємного заряду. Еквівалентна схема осередку

Використовуючи відомі формули електродинаміки, була проведена оцінка товщини шару ПАВ для даної моделі. Він виявився порядку 10-50 А, що один по одному величини відповідає товщині ПАВ на колоїдних частках.

Осередок має нелінійний опір R, що можна пояснити виникаючими в об'ємі рідини. У зв'язку з нелінійністю J(U) удалося спостерігати автоколивання струму в схемі з осередком.

2. Полихрониді Н.Г., Кусова А.А. Електро- і магнітно-польова акумуляція електричного заряду в осередку із МР

Було проведене дослідження ефектів, що супроводжують дрейфу часток дисперсної фази, збудженому плином МР типу магнетит у гасі щільністю 1,25 Мг/м3 і провідністю 100 пСм/м.

У ході експериментів прийшли до наступного висновку: тому що МР є спадкоємною системою, то при безперервному застосуванні діючі на неї фактора наступний стан залежить від попереднього, є нерівновагим, а рівновага може бути досягнуте з певним запізнюванням.

Звідси гістерезис, що залежить від темпу dU/dt нарощування поля при знятті ВАХ. Величина розщеплення ВАХ залежить від часу релаксації й плинності МР. Тому можливо такий підбор темпу, при якому розщеплення буде відсутній.

Акумуляція заряду в КО під дією ЕП на МР може бути пояснена рухом і концентрацією масивних комплексів і агрегатів, а також окремих часток дисперсної фази поблизу електродів. Ці скупчення зберігаються протягом 10-70 с. При замиканні електродів на навантаження (вимірювальний прилад) спостерігається струм розрядки. Природа струму дифузійна. Механізм протікання складний: усередині осередку він обумовлений дрейфом іонів, поза - дрейфом електронів, що утворять у ланцюзі КО єдиний струм. Закон зміни струму задається процесом дифузії акумульованих заряджених часток. Причиною же акумуляції є електрофорез важких носіїв заряду.

Акумуляція заряду під дією МП на МР може бути пояснена як наслідок фореза магнітних часток під дією магнітної сили. Нагромадження заряду можливо, якщо переміщувані частки мають адсорбований заряд або захоплюють механізмом інші заряджені мікрооб'єкти.

Була розроблена методика використання ВАХ і струмів розряду обох видів для розрахунку концентрацій і носіїв.

3. Шкіряників В.М., Ларионов Ю.А. Анізотропія електропровідності дисперсних лінійних систем, наведена зовнішнім впливом

Щоб полідисперсність не спотворювала вимірювані в досвідах характеристики часток, необхідно вимірювати анізотропію електропровідності дисперсних часток, орієнтуючи їхніми полями різної напруженості.

Вектор поля, що орієнтує, спрямований по осі Z. Позначили зміна електропровідності дисперсної системи, викликана орієнтацією часток уздовж осі Z, через бкII, а в напрямку, перпендикулярному осі - через бк, де бкII = кII-до, бк = к-до.

У тих випадках, коли електропровідності дисперсної системи великі, вплив поля, що орієнтує, приведе до її збільшення за рахунок джоулева тепла, що виділилося при проходженні струму через дисперсну систему. Ці зміни можуть бути порівнянні з вимірюваними величинами бкII і бк. Однак помилки при визначенні бкII і бк у цьому випадку будуть однаковими, і різниця бк = бкII-к виключає дану погрішність, тому ця величина досліджувалася в даній роботі.

Експериментальні виміри бкII проводилися за допомогою кювети, що містить 4 зонди й 4 електроди. До електродів А и В підводило поле, що впливає, уздовж осі АВ - направляли вектор МП, електроди З, Д - вимірювальні. 1-4 - зонди. В області зондів, відстані між якими значно менше, ніж між електродами, що орієнтують і вимірювальні поля практично однорідні. За допомогою зондів 1 і 3 можна вимірювати відносну зміну електропровідності уздовж поля, що орієнтує, а за допомогою зондів 2 і 4 - відносні зміни електропровідності в перпендикулярному напрямку, які пропорційні відносній зміні напруг U13 і U24.

Результати дослідження анізотропії електропровідності МР від величини МР від величини МП, представлені на мал. 2 (де крива 1 знята для вихідної рідини, крива 2 - після впливу на рідину ЕП), підтвердили ефективність запропонованої методики дослідження.

Постановка завдання

Раніше було встановлено, що при пропущенні електричного струму через КО із МР у ній накопичується електричний заряд, якому можна помітити при розряді КО на навантаження (самопис або вимірювальний прилад). Як виявилося, розрядний струм підкоряється експонентному закону й по величині струму можна визначити електричну ємність осередку.

При дослідженні ВАХ був виявлений гістерезисний ефект, якому можна пояснити інертністю протікання процесів у МР. МР має здатність накопичувати заряд під дією ЕП, тому виникає запізнювання в зменшенні сили струму при зменшенні величини напруги, що подається на осередок. Гістерезис спостерігається, якщо час релаксації МР перевищує або порівняно з періодом нарощування напруги. Якщо час релаксації багато менше періоду нарощування напруги, то ВАХ здобуває лінійний характер.

При дослідженні залежності пікового значення різниці потенціалів на осередку від тривалості заряду МР було виявлене існування граничної напруги - ефект «насичення» - по величині меншого, чим напруга, що подається на осередок від джерела харчування.

У даній дипломній роботі ставляться наступні завдання:

1. Показати можливості переносу заряду теоретичним шляхом.

2. Дія ЕП на вільні заряди й електричні диполі.

3. Дія МП на магнітний заряд.

Зняття ВАХ у задається темпе, що, нарощування напруги, що подається на КО, що нагрівається певної температури й спостереження за ходом кривої.

1. З'ясування залежності пікового значення розрядного струму КО із МР при її заряді від тривалості запряження, що заряджає напруги й температури МР у КО.

2. З'ясування впливу часу саморозряду осередку на хід кривої розрядного струму, на величину пікового значення розрядного струму, а також з'ясування впливу темпе...