ابدأ في العلم. كيفية صنع السائل المغناطيسي من الزيت ومسحوق الحديد كيفية صنع السائل المغناطيسي في المنزل

السوائل الممغنطة، الملقب ب السائل المغناطيسي- شيء غامض وفضولي للغاية. رأيته لأول مرة منذ حوالي عشر سنوات، في متحف باريس للعلوم والتكنولوجيا، حيث كان أحد المعروضات عبارة عن وعاء زجاجي مغلق بإحكام وبداخله سائل أسود زيتي. يوجد زوج من المغناطيس في مكان قريب. وعندما تم إدخالها إلى الحاوية، تفاعل السائل، حيث وقف مثل القنفذ وشكل صورة لأشواك تبدو مهددة إلى حد ما، وتكرر شكل المغناطيس. كان هناك أيضًا وصف موجز لما هو عليه وما يأكلونه به. وذلك عندما تعلمت الاسم - السائل الممغنط. بالطبع، كان يرغب في ذلك بشغف، ولكن بعد ذلك لم تكن هناك أي أفكار على الإطلاق حول كيفية الحصول عليه، أو إمكانيات ذلك. والآن بعد عشر سنوات..

في الواقع، السائل الممغنط هو عبارة عن معلق من الجسيمات النانوية المغناطيسية (عادة ما تكون من الماجنتيت)، يبلغ حجمها حوالي 10 نانومتر (وأقل في كثير من الأحيان أكبر)، ممزوجة بمادة خافضة للتوتر السطحي (مذيب عضوي مثل حمض الأوليك، أو الماء)، والتي تشكل نوعًا من الغشاء حول الجسيمات النانوية، دون السماح لها بالالتصاق ببعضها البعض. وتحت تأثير المجال المغناطيسي، تصطف الجزيئات على طول خطوطه، لتشكل هذه الإبر المميزة. من حيث المبدأ، من غير المرجح أن أتمكن من وصف خصائص السوائل الممغنطة بشكل أفضل من الويكي، لذلك أحيل أولئك الذين يرغبون في معرفة المزيد عن النظرية هناك.

لقد وجدت الجرة الثمينة التي كنت أبحث عنها على موقع eBay، مثل العديد من الأشياء الأخرى. لم أكن سعيدًا جدًا بالسعر، ولكن لم تكن هناك بدائل عمليًا (بالمناسبة، سعره أعلى بأربع مرات على موقع supermagnete.de)، لذلك اضطررت إلى طلبه. والآن، بعد مرور شهر، حصلت أخيرًا على الجرة. 8 أونصات من تلك الأشياء السوداء الغريبة.
أول ما تم اكتشافه هو أنها أصبحت قذرة للغاية. إذا سقطت قطرة من السائل الممغنط على الملابس ذات الألوان الفاتحة، فلن تتم إزالة هذه البقعة بأي شيء. ومن المستحسن جدًا ارتداء القفازات عند العمل بها. ثانياً، يتناثر بعنف. تم العثور على قطرات في أكثر الأماكن التي لا يمكن التنبؤ بها. وثالثاً، بسبب الجمع بين الخاصيتين الأوليين، فإن هذه الجرة لن تدوم طويلاً :)

في الواقع، كما اتضح بعد عدة تجارب، من أجل الحصول على صور مثيرة للاهتمام حقًا لتوزيع الجزيئات، من الضروري أن يكون لديك مغناطيسات كهربائية قوية وأشكال ذات شكل حافة معقد (مثل المثاقب والتروس وما إلى ذلك)، وفي طريقة جيدة هي أن يتم لف المغناطيس الكهربائي على هذا الجسم بالذات. يعد الترفيه باستخدام المغناطيس الدائم أمرًا مثيرًا للاهتمام، ولكن أولاً، مغناطيساتي ضعيفة جدًا للحصول على صور كبيرة، وثانيًا، هذا ترفيه لمدة خمس دقائق تقريبًا، حيث تبين أن سلوك السائل رتيب تمامًا.

ومع ذلك، حتى الآن تمكنا من التوصل إلى خيار ملون أكثر أو أقل لاستخدام المغناطيس الدائم مع الممغنط: تحتاج إلى إحضار المغناطيس ليس من الأسفل، ولكن من الأعلى (بالطبع، من خلال طبقة من الزجاج أو البلاستيك)، ومن ثم يمكنك ملاحظة كيف ينمو عمود من وسط الوعاء مع السائل الممغنط، ويبدأ الزجاج الموجود أسفل المغناطيس في التهيج بإبر من السائل المتدفق. بالإضافة إلى ذلك، فإن قوة الجاذبية التي تسحب السائل إلى الأسفل تزيد بشكل كبير من طول الإبر.

من الصعب للغاية تصوير السوائل الممغنطة بشكل جيد. نظرًا لانعكاسها اللامع الحاد جدًا للضوء والسواد الكامل في أي طبقة سميكة بشكل ملحوظ (بالمناسبة، في طبقة رقيقة جدًا تكون بنية اللون)، فقد تبين أنه من الصعب تصوير حدود المسامير. لكن في النهاية، توصلت إلى ما يجب فعله: التصوير بسرعة غالق تبلغ حوالي خمس ثوانٍ، وخلال هذا الوقت، قم بالتلويح بمصباح يدوي، لإلقاء الضوء على القنفذ المصنوع من السائل الممغنط الملتصق من جوانب مختلفة.

بالمناسبة، يمكنك محاولة صنع السائل الممغنط بنفسك. وبما أنني لم أجربه بعد، فلن أخوض في التفاصيل، ولكن عندما أتطرق إليه، سأكتب بالتأكيد ماذا وكيف. تكمن الصعوبة الرئيسية في الحاجة إلى جهاز الطرد المركزي للتعليق، ولكن يمكنك محاولة الاكتفاء بالوسائل المرتجلة، حيث لا يوجد جهاز طرد مركزي على أي حال.

أود أن أذكر بشكل خاص منحوتات من السوائل الممغنطة.وهذا ما سأسعى من أجله وما أريد الحصول عليه منه في النهاية. مشهد رائع للغاية، وخاصة تلك التي ترتفع في الهواء.

تتمتع الأحبار الموجودة في خراطيش الطابعة بخصائص مغناطيسية مثيرة للاهتمام يمكنك تجربتها في وقت فراغك. إن التأثير الذي تنتجه مثير للاهتمام للغاية، لأن السائل يبدأ في الانجذاب نحو المغناطيس، علاوة على ذلك، تشكل العناصر الفردية أشكالًا هندسية غريبة. صحيح أن أحبار الحبر ليست كلها مناسبة لتكرار هذه التعليمات خطوة بخطوة. لن تكون هناك حاجة إلا لأحبار الألوان الداكنة، حيث يتم تصنيع أحبار الألوان دون استخدام جزيئات مغناطيسية داكنة.

مواد

لصنع سائل مغناطيسي بيديك، سوف تحتاج إلى:

• ورقة سميكة
• قفازات واقية؛
• قناع وقائي
• كوب زجاجي فارغ؛
• ملصق بلاستيكي للتحريك؛
• زيت نباتي؛
• ملعقة؛
• وعاء بلاستيكي واسع، مثل الطبق.

الخطوة 1. افتح الخرطوشة بحذر شديد لتصب مسحوق الحبر منها في كوب زجاجي. في المجموع سوف تحتاج إلى حوالي 50 ملم من السائل. للتحقق مما إذا كان السائل الذي اخترته له خصائص مغناطيسية، ما عليك سوى تمرير مغناطيس على طول جدار الزجاج. إذا تم تنشيطه، يمكن أن تستمر التجربة.

سائل التونر ليس ضارًا بصحتك إلا إذا قمت باستنشاقه أو شربه. ولهذا السبب عليك ارتداء قفازات واقية وقناع قبل القيام بهذا العمل. بهذه الطريقة سوف تقلل من احتمالية التسمم إذا وصل السائل إلى يديك عن طريق الخطأ.

الخطوة 2. إلى حجم البضائع التي تلقيتها بالفعل، تحتاج إلى إضافة ملعقتين كبيرتين من الزيت النباتي. باستخدام ملصق بلاستيكي، قم بخلط الخليط الذي تلقيته جيدًا. لمواصلة التجربة، يجب أن تكون متجانسة.

الخطوه 3. تحتاج إلى صب السائل المغناطيسي الناتج بعناية في وعاء واسع. وهذا هو بالضبط ما هو مطلوب لرؤية كل ما سيحدث للسائل المغناطيسي الناتج.

ضع مغناطيسًا من أسفل اللوحة إلى الخارج. انتبه لما يحدث داخل الحاوية. عند نقطة ملامسة المغناطيس، يجب أن يتجمع السائل في درنة ضخمة على شكل قنفذ. هذه هي الجزيئات المغناطيسية التي يضيفها المصنعون إلى مسحوق الحبر. يمكن أن تكون أصغر أو أكبر، الأمر الذي يعتمد مرة أخرى على الشركة المصنعة.

الخطوة 4. باستخدام هذا السائل يمكنك صنع نمط مغناطيسي. للقيام بذلك، تحتاج إلى صب بعض السائل على ورق سميك وإمساك مغناطيس على الجانب الخلفي. عن طريق تحريكه من جانب إلى آخر، سوف ترسم.

إذا قمت بتلوين أي أشياء أو أثاث باستخدام مسحوق الحبر، قم بشطف كل شيء بالماء البارد، ومن المفترض أن تكون قادرًا على القيام بذلك دون أي مشاكل. يجب ألا تستخدمي الماء الساخن تحت أي ظرف من الظروف، فهو سيثبت الصبغة ويجعل من المستحيل غسلها.

لقد مرت 52 عامًا منذ أن اخترع ستيف بابيل، موظف وكالة ناسا، السوائل الممغنطة. لقد كان يحل مشكلة محددة للغاية: كيف، في ظروف انعدام الوزن، يجبر السائل الموجود في خزان وقود الصاروخ على الاقتراب من الفتحة التي تضخ منها المضخة الوقود إلى غرفة الاحتراق. عندها توصل بابيل إلى حل غير تافه - وهو إضافة نوع من المادة المغناطيسية إلى الوقود من أجل التحكم في حركة الوقود في الخزان باستخدام مغناطيس خارجي. هذه هي الطريقة التي ولد بها السائل المغناطيسي.

استخدم بابيل الماجنتيت (Fe 3 O 4) كمادة مغناطيسية، وقام بسحقها باستخدام تقنية خاصة (طحنها في خليط مع حمض الأوليك) لعدة أيام. وكانت النتيجة عبارة عن تعليق غرواني مستقر توجد فيه جزيئات صغيرة من المغنتيت بحجم 0.1-0.2 ميكرون بشكل ثابت. لعب حمض الأوليك في هذا النظام دور معدل السطح، مما منع جزيئات المغنتيت من الالتصاق ببعضها البعض. براءة اختراع S. Papella US 3215572 A (سائل مغناطيسي منخفض اللزوجة تم الحصول عليه عن طريق التعليق الغروي للجسيمات المغناطيسية) مفتوحة ويمكن مشاهدتها على الإنترنت. يتكون التركيب الكلاسيكي للسائل المغناطيسي من 5% (من حيث الحجم) من الجزيئات المغناطيسية، و10% معدل سطحي (حمض الأوليك، أو الستريك، أو البولي أكريليك، وما إلى ذلك). والباقي عبارة عن مذيبات عضوية، بما في ذلك الزيوت السائلة.

لقد تجدد الاهتمام بالسوائل المغناطيسية في السنوات الأخيرة، وقد وجدت اليوم بالفعل العديد من التطبيقات. إذا قمت بتطبيق مثل هذا السائل على مغناطيس النيوديميوم، فسوف ينزلق المغناطيس على السطح بأقل مقاومة، أي أن الاحتكاك سينخفض ​​بشكل حاد. يتم تصنيع الطلاءات الممتصة للإشعاع للطائرات في الولايات المتحدة الأمريكية بناءً على السائل المغناطيسي. ويستخدم مبتكرو سيارة فيراري الشهيرة السائل المغناطيسي في تعليق السيارة: من خلال التلاعب بالمغناطيس، يمكن للسائق أن يجعل التعليق أكثر صلابة أو ليونة في أي وقت. وهذه مجرد أمثلة قليلة.

السائل المغناطيسي مادة مذهلة. وبمجرد وضعها في مجال مغناطيسي، تتحد الجزيئات المغناطيسية المتناثرة وتصطف على طول خطوط المجال، لتتحول إلى مادة صلبة تمامًا. اليوم، يتم عرض الحيل باستخدام السائل المغناطيسي، والتي تتحول عند ملامستها للمغناطيس إلى قنافذ أو صبار لا تشوبها شائبة من حيث التماثل، في العديد من العروض الترفيهية. بالطبع، يمكنك شراء السائل المغناطيسي، ولكن من المثير للاهتمام أن تصنعه بنفسك.

لقد كتبنا عن كيفية الحصول على سائل مغناطيسي ذاتي الصلابة، والذي سيسمح لك بفحص الهياكل التي تشكلها الجزيئات المغناطيسية تحت المجهر ("الكيمياء والحياة"، 2015، رقم 11). وهنا وصفة أخرى محلية الصنع السائل المغناطيسي. خذ 50 مل من حبر طابعة الليزر. يتكون هذا المسحوق من ما لا يقل عن 40٪ من الماجنتيت، ويبلغ حجم جسيماته 10 نانومتر أو أقل. يحتوي مسحوق الحبر أيضًا بالضرورة على معدل سطحي بحيث لا تلتصق الجسيمات النانوية ببعضها البعض. أضف 30 مل من الزيت النباتي (ملعقتين كبيرتين) إلى 50 مل من التونر واخلطهما جيدًا، دون توفير أي وقت في هذه العملية. وستكون النتيجة سائلًا أسودًا متجانسًا يشبه القشدة الحامضة. الآن اسكبه في وعاء زجاجي مسطح ذو جوانب بحيث لا يقل سمك الطبقة عن سنتيمتر واحد. ضع مغناطيسًا أسفل قاع الوعاء، وسيظهر قنفذ صلب على الفور في السائل عند هذه النقطة. يمكن تحريكها باستخدام المغناطيس. إذا قمت بإحضار مغناطيس إلى سطح السائل أو من الجانب، فسوف يقفز السائل حرفيًا نحو المغناطيس، لذا كن حذرًا. لتجنب هذه المشكلة، يمكنك وضع السائل المغناطيسي في دورق زجاجي مخروطي صغير، وملئه إلى منتصفه أو أقل قليلاً. قم بإمالة القارورة لتكوين طبقة من السائل على طول جانب القارورة وأمسك المغناطيس بالقرب من الزجاج.

يعتمد النجاح على قوة المغناطيس (يمكن شراء مغناطيس نيوديميوم صغير من المتاجر) وجودة مسحوق الحبر. في الحالة الأخيرة، عليك التأكد من أنه يحتوي على مسحوق مغناطيسي.

مصطلح "السائل المغناطيسي" يعني عادة السائل الذي ينجذب بواسطة المغناطيس، أي أنه يتفاعل مع المجال المغناطيسي. علاوة على ذلك، في المجالات المغناطيسية القوية، يمكن أن يفقد هذا السائل سيولته، ويصبح مشابهًا لجسم صلب. لقد سمع الكثيرون عن مثل هذه المواد، لكن معظمهم يعتبرون هذه المواد منتجًا غريبًا ومكلفًا عالي التقنية، ولا يتوفر إلا لقلة محظوظة. وهذا صحيح، ولكن جزئيا فقط. في بعض الأحيان يكون المنتج الأقل جودة، ولكن بأسعار معقولة، والذي يتم تصنيعه في بضع دقائق حرفيًا من القمامة، كافيًا تمامًا.

السائل المغناطيسي DIY

إنتاج السائل المغناطيسي بالوسائل الكيميائية

للقيام بذلك، يجب أن يكون لديك المعدات والأواني الزجاجية الكيميائية التالية.

1. موازين صيدلية مع مجموعة من الأوزان.
2. دورقتان (قاع مستدير أو مسطح).
3. كوب.
4. ورق الترشيح والقمع.
5. مغناطيس قوي إلى حد ما، ويفضل أن يكون مغناطيسًا حلقيًا (من مكبر الصوت).
6. موقد كهربائي صغير (مختبر).
7. كوب بورسلين 150-200 مل.
8. ميزان حرارة مع نطاق قياس لدرجة الحرارة يصل إلى 100 درجة مئوية.
9. ورقة المؤشر.
10. للحصول على سائل مغناطيسي عالي الجودة، ستحتاج إلى جهاز طرد مركزي صغير يوضع على الطاولة (4000 دورة في الدقيقة). ومع ذلك، مع المتطلبات المعتدلة للمنتج النهائي، يمكنك الاستغناء عن الطرد المركزي أو محاولة استبدال الطرد المركزي بالترسيب طويل الأمد.

بالإضافة إلى ذلك، الكواشف التالية مطلوبة.

1. أملاح الحديد الثنائي والثلاثي (كلور FeCl 2، FeCl 3 أو كبريتات FeSO 4، Fe 2 (SO 4) 3).
2. ماء أمونيا تركيز 25% (أمونيا).
3. ملح الصوديوم لحمض الأوليك (صابون الأوليك) كمادة خافضة للتوتر السطحي. يمكنك محاولة استبدال حمض الأوليك بمنظفات منخفضة الرغوة.
4. ماء مقطرة. بدلا من الماء المقطر، يمكنك استخدام المياه التي تمت تنقيتها من خلال نظام التناضح العكسي (بما في ذلك المياه المنزلية، ولكن بشرط ألا يحتوي هذا النظام على خرطوشة ما بعد "تحسين" تعمل على إثراء المياه النقية بالفعل بالأملاح والعناصر النزرة). لن تعمل مياه الشرب النقية المعبأة في زجاجات من المتجر - وعادةً ما يتم "تحسينها" باستخدام إضافات دقيقة مختلفة؛ ولنفس الأسباب فإن مياه الينابيع الطبيعية والمياه الارتوازية ليست مناسبة.

وفيما يلي ملخص موجز لهذه التقنية. يتم إعطاء الأرقام لكل 10 جرام من الطور المغناطيسي الصلب (الماجنتيت) في السائل المغناطيسي.

1.	قم بإذابة 24 جرامًا من ملح الحديديك (الكلوريك أو الكبريتات) و12 جرامًا من ملح الحديد ثنائي التكافؤ (كلوريد أو كبريتات) في 500 مل من الماء المقطر (ممكن مع التسخين المنخفض والتحريك اللطيف).
2.	قم بتصفية المحلول الناتج باستخدام قمع في دورق آخر من خلال ورق الترشيح لفصل الشوائب الميكانيكية.
3.	بعد شطفه بالماء لأول مرة، صب (بعناية!) حوالي 100-150 مل من ماء الأمونيا في القارورة الأولى (من الأفضل القيام بالعمل تحت تيار هوائي أو في الهواء الطلق).
4.	بحذر شديد، في مجرى رفيع، اسكب المحلول المفلتر من الدورق الثاني إلى الأول الذي يحتوي على ماء الأمونيا، وقم برجه بقوة. سوف يتحول المحلول البرتقالي البني على الفور إلى تعليق أسود. أضف القليل من الماء المقطر، ثم ضع الدورق الذي يحتوي على الخليط الناتج على المغناطيس الدائم لمدة نصف ساعة.
5.	بعد أن تتساقط جزيئات المغنتيت الناتجة إلى قاع الدورق على شكل "مطر" تحت تأثير المجال المغناطيسي، يُسكب بعناية حوالي ثلثي المحلول في المصرف، مع إمساك الرواسب بمغناطيس، ويُسكب المقطر الماء في القارورة مرة أخرى. رجها جيدًا ثم ضعها على المغناطيس مرة أخرى. كرر العملية حتى الرقم الهيدروجينيلن يصل المحلول إلى 7.5-8.5 (اللون الأخضر الناعم لورقة مؤشر Lachema عند ترطيبها بمحلول الغسيل).
6.	بعد تصفية محلول الغسيل الأخير بنسبة الثلثين، قم بتصفية المعلق السميك من خلال مرشح ورقي على قمع واخلط الراسب الأسود الناتج مع 7.5 جرام من ملح الصوديوم لحمض الأوليك.
7.	ضعي الخليط في كوب خزفي، وحركيه جيداً، وسخنيه إلى 80 درجة مئوية على موقد كهربائي لمدة ساعة.
8.	قم بتبريد دبس السكر الأسود الناتج إلى درجة حرارة الغرفة. أضف 50-60 مل من الماء المقطر وحرك النظام الغروي الناتج جيدًا.
9.	قم بالطرد المركزي لدبس السكر المخفف بالماء بسرعة 4000 دورة في الدقيقة لمدة ساعة واحدة أو ضع الكوب معه على المغناطيس الحلقي مرة أخرى. يمكنك محاولة استبدال الطرد المركزي بالاستقرار في مكان بارد لعدة أيام، ولكن في هذه الحالة يجب أن تكون القارورة بلا حراك حقًا (على سبيل المثال، مسارات الترام التي تمر بالقرب منها تجعل الاستقرار طويل الأمد لا معنى له، وينطبق الشيء نفسه على الأرضيات في المنازل المتعددة العادية). مباني القصة التي لا تتمتع بالصلابة والكثافة اللازمة).
10.	صب السائل المغناطيسي الناتج في كوب، ثم ضع المغناطيس في الخارج. سوف يتبعه السائل. بعد إزالة المغناطيس، سيبقى أثر السائل على الزجاج. يجب أن يكون لونه بني-برتقالي وخالي من الجزيئات الغريبة.
11.	يُنصح بتخزين السائل المغناطيسي المائي في حاوية مقاومة للضوء في مكان بارد.

قبل البدء في الإنتاج، أنصحك بإلقاء نظرة على الصفحة http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html، هناك نفس التقنية موصوفة، وفي النهاية يشارك مؤلف الصفحة تجربته. على وجه الخصوص، استخدم "Fairy" (سائل غسل الأطباق) الأكثر شيوعًا كمادة خافضة للتوتر السطحي. الشيء الرئيسي هو إيلاء اهتمام خاص لتوصيات السلامة وتوخي الحذر اللازم!

تصنيع السائل المغناطيسي ميكانيكيا

وفي الوقت نفسه، يمكن لأي شخص تقريبًا إنتاج سائل مقبول تمامًا لبعض التطبيقات ويتفاعل مع المجال المغناطيسي - بدون أي كواشف وفي دقائق معدودة فقط. اسمحوا لي أن أؤكد مرة أخرى - فقط ل بعضالتطبيقات، وجودتها أسوأ بكثير من تلك التي يتم الحصول عليها كيميائيا. على وجه الخصوص، فإن اتساق المنتج هو أنه من الممكن أن يطلق عليه ليس "السائل"، ولكن "الملاط". ووقت ترسيب الجزيئات المغناطيسية قصير جدًا - عادةً من عدة ثوانٍ إلى عدة دقائق. ولكن لا توجد كيمياء أو تقنيات غريبة - فقط الغربلة والخلط. بالمناسبة، عندما أصبح الناس مهتمين لأول مرة بالسوائل المغناطيسية في منتصف القرن العشرين، تم الحصول على عيناتهم الأولى بهذه الطريقة تقريبًا.

من أجل صنع مثل هذا "الملاط المغناطيسي"، تحتاج فقط إلى جمع الكمية المطلوبة من برادة الفولاذ الصغيرة. كلما كان ذلك أفضل كلما كان ذلك أفضل، لذا فإن الغبار الفولاذي المتبقي بعد العمل بمطحنة أو مبراة هو الأنسب. يتم جمع الغبار بمغناطيس (ليس قويًا جدًا - ليس كثيرًا لمنع المغنطة الكبيرة المتبقية، ولكن حتى لا تميل برادة الحديد إليه بشكل مكثف وتحمل معها غبارًا غير مغناطيسي أقل). بعد ذلك، لغربلة الأوساخ والكسور الكبيرة، يمكن غربلة المواد المجمعة من خلال قطعة قماش (على سبيل المثال، وضعها في كيس من القماش ورجها فوق صحيفة منتشرة؛ ويتم وضع مغناطيس مرة أخرى على الصحيفة قليلاً على الجانب، وهذا الوقت الذي يكون فيه المغناطيس الأقوى أفضل، فهو يلتقط جزيئات الغبار الفولاذية التي انزلقت عبر القماش، والأوساخ الدقيقة غير المغناطيسية تتطاير مباشرة إلى أسفل عبر المغناطيس؛ لا يمكن لجزيئات الأوساخ الكبيرة وبرادة الفولاذ الكبيرة المرور عبر القماش والبقاء داخل الحقيبة) . كلما كان القماش أكثر كثافة، كلما كان الغبار المنخل ناعمًا، ولكن كلما زاد وقت هز الحقيبة. لميكنة العملية، يمكنك محاولة نفخ جزيئات الغبار عبر نسيج الكيس باستخدام عادم المكنسة الكهربائية، ولكن هذا سيتطلب إعداد أجهزة لتوجيه تيار الهواء الخارج من الكيس وتشتيته وإطفاءه (على سبيل المثال من زجاجات مياه الشرب البلاستيكية الفارغة ويفضل أن تكون ذات رقبة واسعة وحجم 5-8 لتر). لذلك، يجدر التفكير في الخيار "الميكانيكي" فقط لأحجام كبيرة إلى حد ما من "المنتج" المُصنَّع، مقاسًا باللترات، ولعدة جرامات من السائل المغناطيسي، وهو ما يكفي تمامًا لمعظم التجارب والعديد من التطبيقات العملية، وهذا هو من غير المرجح أن يكون له ما يبرره. بالطبع، سيوفر الطرد المركزي في السائل فصلا أفضل بكثير للجزيئات، ولكن يمكن العثور على نسيج كثيف ومكنسة كهربائية في كل منزل تقريبا، ولكن لسبب ما، فإن أجهزة الطرد المركزي مع عدة آلاف من الثورات في الدقيقة ليست منتشرة على نطاق واسع. إذا كان الغبار المجمع نظيفًا ومتجانسًا بدرجة كافية، وكانت متطلبات جودة "الملاط المغناطيسي" منخفضة جدًا، فقد لا يتم الغربلة على الإطلاق.

اسمحوا لي أن أؤكد مرة أخرى - يجب أن تكون جزيئات الفولاذ صغيرة قدر الإمكان. للحصول على غبار فولاذي ناعم، استخدم عجلة طحن دقيقة الحبيبات (التشطيب). كدليل، يمكننا تقديم ما يلي: عند الفحص الدقيق بالعين المجردة، من المستحيل تحديد شكل جزيئات الغبار، فهي تبدو مثل نقاط صغيرة على الورق الأبيض. إذا تمكنت من تحديد شكل واتجاه نشارة الخشب، فهذه نشارة الخشب كبيرة جدًا، وسوف تستقر بسرعة كبيرة وستكون بلا حراك عمليًا! لكن مثل هذه نشارة الخشب الكبيرة ملائمة للاستخدام الجاف لدراسة خطوط المجال المغناطيسي. يجب أن يؤخذ المعيار في الاعتبار عندما يكون الاتجاه "الطولي" و"المتقاطع" لنشارة الخشب ذات الشكل المستطيل مميزًا - مع الرؤية العادية، يتوافق هذا عادةً مع الأبعاد على الجانب الأكبر الذي يبلغ 0.05-0.1 مم أو أكثر، أي. مثل هذه نشارة الخشب أكبر من 50...100 ميكرومتر في أحد الأبعاد على الأقل.

يمتلئ الغبار الفولاذي المحدد بسائل يبلل المعدن جيدًا. يمكن أن يكون الماء العادي - ويفضل أن يكون مشبعًا بالمواد الخافضة للتوتر السطحي، أي الصابون أو المنظفات الأخرى (الرغوة هنا ضارة، لذا يجب أن تكون قليلة قدر الإمكان!). ولكن من أجل تجنب التآكل السريع لجزيئات غبار الحديد، والتي يمكن أن "تأكلها" ببساطة في غضون أيام قليلة، فمن الأفضل استخدام زيت الآلة السائل للصلب. الأشياء المنزلية مناسبة تمامًا - وهي شيء يستخدم لتليين آلات الخياطة. كخيار، يمكنك استخدام سائل الفرامل، الذي يحتفظ بخصائصه على مدى درجة حرارة واسعة جدا. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن سائل الفرامل استرطابي للغاية (على الرغم من أن هذا ليس مهمًا جدًا هنا)، وفي حاوية مفتوحة تتبخر منه الأجزاء المتطايرة، وهي ليست مفيدة للصحة بأي حال من الأحوال، لذلك من الأفضل العمل معها في منطقة جيدة التهوية أو في الهواء الطلق.

يجب ألا يكون تركيز الغبار الفولاذي في السائل مرتفعًا جدًا، من ناحية، بحيث لا يصبح السائل سميكًا ولزجًا للغاية، ومن ناحية أخرى، ليس منخفضًا جدًا، وإلا فلن تتحرك الجزيئات المغناطيسية. تكون قادرة على حمل أي حجم ملحوظ من السائل معها. يتم اختياره تجريبيًا عن طريق إضافة نشارة الخشب تدريجيًا إلى السائل، وخلطه جيدًا وفحصه باستخدام المغناطيس. من الأفضل ترك فائض طفيف من السائل الأساسي بدلاً من نقصه، لأنه في الحالة الأخيرة تقل حركة المادة الناتجة بشكل ملحوظ للغاية.

يتم تحديد حركة جزيئات هذا السائل المغناطيسي من خلال حجم قوة ترطيب المعدن بالسائل، مما "يعزل" الجزيئات المعدنية عن بعضها البعض ويضمن حركتها الحرة نسبيًا. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي (السطحي) على تبليل سطح جزيئات الغبار بشكل أفضل، ولهذا السبب يتم استخدامها في التركيبات "الاحترافية". في المجالات المغناطيسية القوية، يمكن أن تتجاوز قوة التجاذب المتبادل بين الجزيئات قوة الترطيب، ومن ثم ستبدأ الجزيئات في الاتصال المباشر مع بعضها البعض، وسوف "يتصلب" السائل، ليصبح مشابهًا إلى حد ما للرمل الرطب. تعتمد القيمة المحددة لشدة المجال المغناطيسي الحرجة على الخواص المغناطيسية للمعدن المستخدم وعلى قوة ترطيب المعدن مع السائل الأساسي أو المادة الخافضة للتوتر السطحي، وكذلك على درجة حرارة السائل وحجم جزيئات المعدن (تلتصق النشارة الأكبر حجمًا بشكل أسرع لأنها تحتوي على مساحة سطح محددة أصغر لكل وحدة كتلة؛ بالإضافة إلى ذلك، تستقر نشارة الخشب الكبيرة بسهولة في القاع، في حين يمكن الحفاظ على جزيئات الغبار الصغيرة بشكل خاص في حالة تعليق من خلال الحركة البراونية لجزيئات الغبار. السائل الأساسي). عند إزالة المجال المغناطيسي، سيتم استعادة حركة السائل إذا لم تكن المغنطة المتبقية كبيرة جدًا.

أخيرًا، لا بد من القول أن السائل المغناطيسي الناتج عن غبار الحديد ليس سميكًا جدًا فحسب، بل له أيضًا خصائص كاشطة عالية، لذلك يعد ضخه عبر أي أنابيب مشكلة، ولكنه يمكن أن يؤدي بسهولة إلى إتلاف المحامل وأسطح عمل المضخات ضخها (نوع المضخة الأمثل هو مضخة إزاحة التروس، على غرار مضخات الزيت في محركات السيارات). يتم تقليل التأثير الكاشط بشكل كبير إذا تجاوزت الخلوص بين الأجزاء المتحركة بشكل متبادل حجم الجزيئات الأكبر بمقدار مرة ونصف إلى مرتين على الأقل. زوج المواد "المعدن الصلب - البلاستيك المرن المتين" مقاوم جدًا للتآكل في هذه الحالة. يجب أن يكون البلاستيك مرنًا، مثل المطاط الصلب أو البلاستيك الفلوري، ولكن ليس بنفس صلابة النسيج أو الإيبونيت (وبالطبع، أن يكون مقاومًا كيميائيًا لتأثيرات السائل الأساسي).

ومع ذلك، في كثير من الحالات، لا تكون سمات "السائل المغناطيسي" هذه أساسية، وتظهر العديد من التأثيرات فيه بنفس الطريقة التي تظهر بها في السوائل المغناطيسية "الحقيقية". على وجه الخصوص، المغناطيس المضغوط إلى الأسفل، بعد إطلاقه، يطفو بنجاح إلى مركز السائل حتى بعد عدة دقائق من الانتهاء من ترسيب الجزيئات المغناطيسية (على الرغم من أن هذا الصعود في السائل المستقر يمكن أن يستمر عدة دقائق، أو حتى ساعات) . إذا تم وضع نفس المغناطيس، على العكس من ذلك، على السطح، فسوف يغرق، ويميل مرة أخرى إلى مركز السائل (بتعبير أدق، إلى مركز المنطقة التي تشغلها الجزيئات المعدنية).

ملاحظة أخيرة. يؤدي الاهتزاز الخفيف أو النقر على جدار الوعاء إلى زيادة حركة "السائل" بشكل كبير. إذا كنت لا ترغب في المصافحة، فإن أي مصدر للاهتزاز الضعيف سيفي بالغرض - حتى مكبر الصوت الذي تحتاج إلى إرسال إشارة قوية منخفضة التردد إليه (ومع ذلك، قد لا يحب زملائك في المنزل هذا كثيرًا)! في مثل هذا "حامل الاهتزاز" المرتجل، حتى "الملاط" المستقر والمستقر يُظهر سيولة جيدة. ♦

يتم نشر نص العمل بدون صور وصيغ.
النسخة الكاملة من العمل متاحة في علامة التبويب "ملفات العمل" بتنسيق PDF

مقدمة

هدف: تحضير مائع حديدي مغناطيسي ودراسة خواصه.

مهام:

تعرف على السائل المغناطيسي ( نوع من السوائل غير النيوتونية).

تحضير السائل المغناطيسي.

إجراء التجارب لدراسة خصائصه.

تعرف على تطبيقه.

استخلاص النتائج.

تقديم النتائج.

فرضية: في المنزل، يمكنك تحضير سائل مغناطيسي ودراسة خصائصه.

نطاق النتائج:المشاركة في المسابقات البحثية

ملاءمة:المغناطيسية هي ظاهرة فيزيائية تمارس فيها المواد قوة جذب أو تنافر على مواد أخرى على مسافة. يمتلك كوكب الأرض قطبين مغناطيسيين ومجالًا مغناطيسيًا خاصًا به. مغناطيس- جزء مهم من حياتنا اليومية. مغناطيسهي مكونات أساسية للأجهزة مثل المحركات الكهربائية ومكبرات الصوت وأجهزة الكمبيوتر ومشغلات الأقراص المضغوطة وأفران الميكروويف وبالطبع السيارات. مغناطيستستخدم في أجهزة الاستشعار والأدوات ومعدات الإنتاج والبحث العلمي. السائل المغناطيسي الحديدي هو أحد أنواع السوائل غير النيوتونية. هذا سائل تم إنشاؤه بشكل مصطنع. يغير هذا السائل خصائصه في ظل ظروف معينة يمكن للشخص التحكم فيها.

الجزء الرئيسي

2.1 الجزء النظري

السوائل المغناطيسية هي مادة تكنولوجية فريدة من نوعها يتم تصنيعها صناعيًا ولها خصائص سائلة ويمكن التحكم فيها مغناطيسيًا.

في عام 1963، اخترع موظف ناسا ستيف بابيل السائل المغناطيسي. لقد كان يحل مشكلة محددة للغاية: كيف، في ظروف انعدام الوزن، يجبر السائل الموجود في خزان وقود الصاروخ على الاقتراب من الفتحة التي تضخ منها المضخة الوقود إلى غرفة الاحتراق. عندها توصل بابيل إلى حل غير تافه - وهو إضافة نوع من المادة المغناطيسية إلى الوقود من أجل التحكم في حركة الوقود في الخزان باستخدام مغناطيس خارجي. هذه هي الطريقة التي ولد بها السائل المغناطيسي.

الحد الأدنى لتكوين السائل المغناطيسي هو: مغنطيسي حديدي (على سبيل المثال، جزيئات صغيرة من المعدن المغناطيسي) ومذيب (على سبيل المثال، الزيوت المختلفة). ولكن مثل هذا السائل سوف يستقر. لمنع حدوث ذلك، من الضروري إضافة معدّل سطحي (مادة تمنع المغناطيس الحديدي من الالتصاق ببعضه البعض، على سبيل المثال حمض الستريك). تتم دراسة السوائل المغناطيسية بواسطة فرع الكيمياء الغروية للعلوم.

يتمتع السائل المغناطيسي بجميع مزايا المادة السائلة - معامل احتكاك منخفض عند ملامسته لجسم صلب، والقدرة على اختراق الأحجام الدقيقة، والقدرة على تبليل أي سطح تقريبًا، وما إلى ذلك. القدرة على التحكم المغناطيسي في السائل المغناطيسييسمح لك بالاحتفاظ به في المكان المطلوب على الجهاز تحت تأثير المجال المغناطيسي.

2.2 الجزء العملي:

في الجزء العملي من العمل، حاولت صنع سائل مغناطيسي حديدي ورؤية كيف يتغير في وجود المغناطيس.

2.2.1 المواد والأدوات:

مسحوق الحبر، المطور، برادة الحديد، مسحوق مغناطيسي؛

زيت الآلة، زيت عباد الشمس؛

حمض الليمون؛

مغناطيس النيوديميوم: من القرص الصلب العادي للكمبيوتر، من مكبر الصوت، مغناطيس حلقة النيوديميوم الذي تم شراؤه من متجر متخصص؛

زجاجة، قمع، أسطح مختلفة، كيس بلاستيكي، قفازات، عصا؛

المفكرة، القلم، الكاميرا، الكمبيوتر المحمول.

2. 2.2 التجربة رقم 1 الحصول على سائل مغنطيسي من مسحوق الحبر وزيت الآلة

هناك العديد من المواقع على الإنترنت العالمية التي تصف طريقة إنتاج سائل مغنطيسي من مسحوق الحبر وزيت الآلة بنسبة ثلث مسحوق الحبر والباقي زيت الآلة. أخذت مسحوق الحبر لطابعات الليزر وزيت الآلة. مختلطة في زجاجة بلاستيكية. بعد الخلط قمت بتطبيق المغناطيس ولم يحدث شيء. تم الحصول على السائل، لكن لم يكن له خصائص مغناطيسية. إذا كان السائل مغناطيسيًا، فسوف يتصلب ويتغير شكله عندما يتحرك المغناطيس. انتهت التجربة بالفشل.

2.2.3 التجربة رقم 2 الحصول على سائل مغنطيسي من مسحوق الحبر والمطور وزيت الآلة

من تجربتي الأولى، استنتجت أن الحبر المستخدم ليس مغناطيسيًا. تستخدم طابعات الليزر الحديثة مطورًا - وهو مسحوق مغناطيسي خاص - لمغنطة الحبر. أضفت ثلث حجم المطور إلى السائل الذي تم الحصول عليه في التجربة الأولى. عندما أحضرت المغناطيس بالقرب، شكل السائل كومة غير محسوسة تقريبًا لاتصلب. وكانت النتيجة سائلًا ذو خصائص مغناطيسية ضعيفة. انتهت التجربة بالفشل.

2.2.4 التجربة رقم 3 الحصول على السائل المغناطيسي الحديدي من برادة الحديد وزيت الآلة

بعد أول تجربتين غير ناجحتين، بدأت أفكر في قوة المغناطيس. بمساعدة ما أتحقق من وجود الخصائص المغناطيسية. لاختبار السائل، استخدمت مغناطيسين: مغناطيس من مكبر صوت ومغناطيس نيوديميوم من محرك أقراص ثابت للكمبيوتر (HDD) قديم. من أجل التأكد من عدم الحصول على سائل مغنطيسي حديدي بسبب خصائص المغنطيسية الحديدية الموجودة في السائل، وليس المغناطيس، أضفت برادة حديد عادية إلى المحلول الناتج ( النفايات الناتجة عن العمل على آلة تشغيل المعادن). قام المغناطيس بجذب جميع العناصر الحديدية للسائل إلى الحائط! ظهرت الخصائص المغناطيسية، ولكن كل ما خلطته بالكاد يمكن أن يسمى سائلا. انتهت التجربة بالفشل مرة أخرى.

2.2.5 التجربة رقم 4 تحضير السائل الحديدي المغناطيسي من المسحوق المغناطيسي وزيت دوار الشمس

لذلك، للحصول على سائل مغنطيسي حديدي، تحتاج إلى مغنطيس حديدي جيد! في المتجر المتخصص World of Magnets، اشتريت مسحوقًا مغناطيسيًا حديديًا خاصًا للتجارب.

2.2.6 التجربة رقم 5 تحضير السائل الحديدي المغناطيسي من المسحوق المغناطيسي وحامض الستريك وزيت دوار الشمس.

لمنع انفصال السائل المغناطيسي، تتم إضافة مادة خافضة للتوتر السطحي إليه. اخترت حامض الستريك كمادة خافضة للتوتر السطحي.

2.2.7 التجربة رقم 6 دراسة خواص السائل المغناطيسي الحديدي. التحكم المغناطيسي.

لدراسة خصائص السائل الناتج، استخدمت مغناطيس النيوديميوم.

المغناطيس والأدوات	عندما أحضرت مغناطيسًا إلى جدار فقاعة بها سائل مغنطيسي حديدي، تم ممغنط جزء من السائل على الحائط وتصلب وتغير شكله (انظر الصورة)
عندما وضعت المغناطيس في الأسفل وقلبت الزجاجة، أصبحت جميع محتوياتها صلبة ولم تتدفق من الأعلى إلى الأسفل.	وعندما أزلت المغناطيس، بدأت المادة الصلبة تتحول إلى سائل وزجاج من الأعلى إلى الأسفل
وباستخدام ماصة، سكبت بعضًا من السائل المغناطيسي الحديدي على قرص بلاستيكي	يرجى ملاحظة-هذا سائل!!!
وهذا ما حدث للسائل المتأثر بالمغناطيس. الشكل مشابه لإبر القنفذ.	عندما تحرك المغناطيس، تحرك معه جزء من السائل الصلب، وبدأ الجزء المتبقي في اتخاذ شكل سائل.
أرادت أختي الصغرى أن تصنع قطة ذات مغناطيسية حديدية يمكن أن يقف شعرها حتى النهاية.	على الخشب الرقائقي المغطى بورق الألمنيوم، باستخدام البلاستيسين، قمت بعمل مخطط قطة وملأته بالسائل المغناطيسي باستخدام ماصة
وهذا ما حدث عندما أحضرت المغناطيس من الأسفل	.. الذيل على النهاية ...
القنفذ المغناطيسي الخاص بي	دعنا نستكشف.....

2.2.8 التجربة رقم 7 دراسة خواص السائل المغناطيسي الحديدي. القدرة على اختراق الأحجام الصغيرة(انسداد الحفرة )

وفي التجربة الأخيرة حاولت فهم كيفية إغلاق الثقوب من التسرب باستخدام مغناطيس خارجي. للقيام بذلك، قمت أولاً بسكب السائل في دورق بلاستيكي به فتحة كبيرة في الأسفل. ثم أحضر المغناطيس إلى الحائط بجانب الثقب ورفع القارورة. السائل المتصلب تحت تأثير المغناطيس يمنع بقية السائل من التدفق. بمجرد إزالة المغناطيس، تدفق كل شيء من القارورة.

2.3 التطبيق العملي

تطبيق السوائل المغناطيسية:

1. يتم تصنيع الطلاءات الممتصة للإشعاع للطائرات على أساس السائل المغناطيسي.
2. يستخدم مبتكرو سيارة فيراري الشهيرة السائل المغناطيسي في تعليق السيارة: من خلال التلاعب بالمغناطيس، يمكن للسائق أن يجعل التعليق أكثر صلابة أو ليونة في أي وقت.
3. يتم استخدام السائل المغناطيسي في بعض مكبرات الصوت لإزالة الحرارة من الملف الصوتي. وفي الوقت نفسه، يعمل بمثابة كاتم صوت ميكانيكي، مما يمنع الرنين غير المرغوب فيه. يتم الاحتفاظ بالسائل المغناطيسي الحديدي في الفجوة حول الملف الصوتي بواسطة مجال مغناطيسي قوي، بحيث يكون على اتصال مع كل من الأسطح المغناطيسية والملف في وقت واحد.
4. للسوائل المغناطيسية العديد من التطبيقات في مجال البصريات بسبب خصائصها الانكسارية. ومن بين هذه التطبيقات قياس اللزوجة النوعية لسائل موضوع بين مستقطب ومحلل، مضاء بليزر الهليوم-نيون.
5. كسائل عمل في أجهزة استشعار الميل ومقاييس التسارع.
6. في الفواصل المغناطيسية لفصل وفصل المواد ذات الكثافات المختلفة. يتمتع السائل المغناطيسي بخاصية مذهلة وفريدة من نوعها حقًا. وفيه، كما هو الحال في أي سائل، تطفو الأجسام الأقل كثافة والأجسام الأكثر كثافة منها تغوص. ولكن إذا قمت بتطبيق مجال مغناطيسي عليه، فإن الجثث الغارقة تبدأ في الطفو. علاوة على ذلك، كلما كان المجال أقوى، كلما ارتفعت الأجسام الأثقل إلى السطح. من خلال تطبيق مجال مغناطيسي متفاوت القوة، من الممكن إجبار الأجسام ذات الكثافة المحددة على الطفو. تُستخدم الآن خاصية السائل المغناطيسي هذه لتخصيب الخام. يتم غرقها في سائل مغناطيسي، وبعد ذلك، مع زيادة المجال المغناطيسي، تضطر الصخور المهملة أولاً إلى الطفو، ثم قطع الخام الثقيلة. على سبيل المثال، لفصل الذهب والتركيز.
7. لتنظيف الأسطح المائية من المنتجات النفطية أثناء الانسكابات الطارئة والكوارث.
8. أجهزة الطباعة والرسم. وهناك أجهزة طباعة ورسم تعمل على السائل المغناطيسي. تتم إضافة القليل من السائل المغناطيسي إلى الطلاء، ويتم رش هذا الطلاء في تيار رفيع على الورقة الموجودة أمامه. إذا لم يتم انحراف التيار بأي شيء، فسيتم رسم خط. ولكن يتم وضع المغناطيسات الكهربائية في مسار التيار، مثل المغناطيسات الكهربائية المنحرفة لأنبوب صورة التلفزيون. يتم لعب دور تدفق الإلكترونات هنا بواسطة تيار رفيع من الطلاء بسائل مغناطيسي - وهو ما ينحرف بواسطة المغناطيسات الكهربائية، وتبقى الحروف والرسوم البيانية والرسومات على الورق.

3 - الخلاصة

الاستنتاجات

1. في المنزل، يمكنك تحضير سائل مغناطيسي ودراسة خصائصه.
2. يعتمد نجاح التجارب على قوة المغناطيس وجودة المغناطيس الحديدي. إذا كنت تستخدم مسحوق الحبر أو مطور الطابعة، فيجب التأكد من أنه يحتوي على مسحوق مغناطيسي.
3. باستخدام المغناطيس، يمكنك رؤية بعض خصائص السائل المغناطيسي وفهم كيفية عمل الآليات المختلفة.

قائمة المصادر والمراجع المستخدمة

1. كيفية صنع السائل المغناطيسي في المنزل؟ فيكتوروفا إل.
2. (“NiZh”، 2015، رقم 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
3. السائل المغناطيسي، آي. سيناتسكايا، مرشح العلوم الكيميائية ف. بايبورتسكي https://www.nkj.ru/archive/articles/4971/ (العلم والحياة، السائل المغناطيسي)
4. السائل المغناطيسي الحديدي https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD %D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B6%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1 %8ج
5. السائل الممغنط - ما هو وكيفية صنع السائل الممغنط بنفسك http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/