Začněte ve vědě. Jak vytvořit ferrofluid z oleje a železného prášku Ferrofluid jak si vyrobit doma

Ferrofluid, on je magnetická kapalina- extrémně tajemný a kuriózní vynález. Poprvé jsem to viděl asi před deseti lety, v pařížském muzeu vědy a techniky, kde jedním z exponátů byla těsně uzavřená skleněná nádoba s olejovitou černou tekutinou uvnitř. Nedaleko ležel pár magnetů. Když je přinesli do nádoby, kapalina zareagovala, stoupala jako ježek a vytvořila obraz poněkud hrozivého typu hrotů opakujících tvar magnetu. Nechyběl ani stručný popis, co to je a s čím se jí. Pak jsem se naučil toto jméno - ferrofluid. Samozřejmě vášnivě toužil, ale pak nebyly absolutně žádné nápady, kde to získat, žádné příležitosti k tomu. A teď, o deset let později...

Ferrofluid je ve skutečnosti suspenze feromagnetických nanočástic (obvykle magnetit), o velikosti asi 10 nm (zřídka větší), smíchaných v povrchově aktivní látce (organickém rozpouštědle, jako je kyselina olejová nebo voda), která kolem sebe vytváří jakýsi film. nanočástice a nenechat je sklouznout. Pod vlivem magnetického pole se částice seřadí podél jeho čar a vytvoří tyto charakteristické jehličky. V zásadě je nepravděpodobné, že se mi podaří popsat vlastnosti ferrofluidu lépe než ve Wiki, takže ty, kteří chtějí vědět více teorie, posílám tam.

Našel jsem na Ebee cennou sklenici, kterou jsem hledal, stejně jako mnoho dalších věcí. Cenovka nebyla moc povzbudivá, ale alternativy prakticky nebyly (mimochodem na supermagnete.de je čtyřikrát dražší), tak jsem si ho musel objednat. A teď, po měsíci, mám konečně sklenici. 8 uncí toho divného černého svinstva.
První věc, která byla objevena, bylo, že byla divoce špinavá. Pokud se kapka ferrofluidu dostane na světlé oblečení, tuto skvrnu NIC neodstraní. A při práci s ním je velmi, velmi žádoucí nosit rukavice. Za druhé, divoce stříká. Kapky byly nalezeny na nejnepředvídatelnějších místech. A třetí - díky kombinaci prvních dvou vlastností této dózy vydrží velmi krátce 🙁

Ve skutečnosti, jak se ukázalo po několika experimentech, k získání skutečně zajímavých vzorců distribuce částic je nutné mít výkonné elektromagnety a figurky se složitým tvarem hrany (jako jsou vrtáky, ozubená kola atd.) a v dobré způsob, jakým musí být elektromagnet navinut právě na tento předmět. Zábavy s permanentními magnety jsou kuriózní, ale za prvé, moje magnety jsou dost slabé pro získání velkých obrázků, a za druhé, je to zábava asi na pět minut, protože chování kapaliny se ukazuje být poněkud monotónní.

Přesto se nám zatím podařilo vymyslet více či méně barevnou variantu použití permanentních magnetů s ferrofluidem: magnet je potřeba přivést nikoli zdola, ale shora (samozřejmě přes vrstvu skla či plastu), a pak můžete pozorovat, jak ze středu misky s ferrofluidem vyroste sloupec a sklo pod magnetem se začne vyboulit jehličkami proudící kapaliny. Navíc gravitační síla stahující kapalinu znatelně prodlužuje délku jehel.

Ferrofluid je extrémně obtížné fotografovat ve vysoké kvalitě. Vzhledem k jeho velmi ostrému lesklému odrazu světla a úplné černotě v každé alespoň trochu nápadně silné vrstvě (mimochodem ve velmi tenké vrstvě je hnědá) se ukazuje být obtížné vyfotografovat okraje hrotů. Nakonec jsem ale přišel na to, co dělat: fotografovat s rychlostí závěrky pět sekund a během této doby mávat baterkou, osvětlující ježka z ulpívajícího ferrofluidu z různých stran.

Mimochodem, můžete zkusit vyrobit ferrofluid vlastníma rukama. Jelikož jsem to ještě nezkoušel, nebudu zabíhat do podrobností, ale až se tam dostanu, určitě napíšu co a jak. Hlavní obtíž spočívá v potřebě odstředění suspenze, ale můžete se pokusit vyjít s improvizovanými prostředky, protože odstředivka stále neexistuje.

Rád bych konkrétně zmínil ferrofluidní sochy. O to se budu snažit a co od něj chci nakonec dostat. Velmi uhrančivý pohled, zvláště ty levitující.

Tonery, které se nacházejí v kazetách do tiskáren, mají zajímavé magnetické vlastnosti, se kterými můžete ve svém volném čase experimentovat. Jejich efekt se ukazuje jako velmi zajímavý, protože kapalina začíná sahat k magnetu a navíc jednotlivé prvky tvoří bizarní geometrické tvary. Pravda, ne všechny tonery jsou vhodné pro opakování tohoto podrobného návodu. Budou potřeba pouze tmavé tonery, protože barevné jsou vyráběny bez použití tmavých magnetických částic.

materiálů

K výrobě vlastní magnetické tekutiny budete potřebovat:

  • silný list papíru;
  • ochranné rukavice;
  • ochranná maska;
  • prázdná skleněná kádinka;
  • plastová nálepka na míchání;
  • rostlinný olej;
  • lžíce;
  • širokou plastovou nádobu, jako je talíř.

Krok 1. Otevřete kazetu velmi opatrně, abyste z ní vylili toner do skleněné kádinky. Celkem budete potřebovat asi 50 mm tekutiny. Pro kontrolu, zda má vámi vybraná kapalina magnetické vlastnosti, postačí přitáhnout magnet podél stěny sklenice. Pokud je aktivován, experiment může pokračovat.

Tekutý toner není zdraví škodlivý, pokud jej nevdechnete nebo nevypijete. Proto je třeba před touto prací nosit ochranné rukavice a masku. Snížíte tak pravděpodobnost otravy v případě náhodného kontaktu s tekutinou na rukou.

Krok 2. K objemu zboží, které jste již obdrželi, musíte přidat dvě polévkové lžíce rostlinného oleje. Pomocí plastové nálepky důkladně promíchejte složení, které jste obdrželi. Aby mohl experiment pokračovat, musí být jednotný.

Krok 3. Výslednou magnetickou tekutinu musíte opatrně nalít do široké nádoby. To je přesně to, co je potřeba k tomu, abyste viděli vše, co se stane s výslednou magnetickou tekutinou.

Ze spodní části talíře přineste magnet zvenčí. Věnujte pozornost tomu, co se děje uvnitř nádoby. V místě kontaktu magnetu by měla být kapalina shromažďována objemovým tuberkulem ve tvaru ježka. To jsou magnetické částice, které výrobci přidávají do toneru. Mohou být menší i větší, což opět záleží na výrobci.

Krok 4. S touto tekutinou můžete vytvořit magnetický vzor. Chcete-li to provést, musíte nalít část tekutiny na silný papír a přinést magnet ze zadní strany. Pohybem ze strany na stranu budete kreslit.

Pokud jste tonerem potřísnili nějaké předměty nebo nábytek, opláchněte vše studenou vodou, měli byste to bez problémů zvládnout. V žádném případě nepoužívejte horkou vodu, zafixuje pigment a nebude možné jej umýt.

Je tomu 52 let, co zaměstnanec NASA Steve Papell vynalezl ferrofluid. Řešil velmi specifický problém: jak přinutit kapalinu v palivové nádrži rakety, aby se přiblížila k otvoru, ze kterého čerpadlo pumpovalo palivo do spalovací komory v podmínkách beztíže. Tehdy přišel Papel s netriviálním řešením – přidat do paliva jakousi magnetickou látku, aby se pomocí vnějšího magnetu řídil pohyb paliva v nádrži. Tak se zrodil ferrofluid.

Papell jako magnetickou látku používal magnetit (Fe 3 O 4), který speciální technologií mnoho dní drtil (mlel ve směsi s kyselinou olejovou). Byla získána stabilní koloidní suspenze, ve které stabilně existovaly drobné částice magnetitu o velikosti 0,1–0,2 mikronu. Kyselina olejová v tomto systému hrála roli povrchového modifikátoru, který bránil částicím magnetitu ve slepování. Patent S. Papella US 3215572 A (Nízkoviskózní magnetická kapalina získaná koloidní suspenzí magnetických částic) je otevřen a lze si jej prohlédnout na internetu. Klasické složení ferrofluidu je 5 % (objemových) magnetických částic, 10 % povrchového modifikátoru (kyselina olejová, citrónová nebo polyakrylová atd.). Zbytek tvoří organické rozpouštědlo, včetně tekutých olejů.

Zájem o magnetické tekutiny v posledních letech ožívá a dnes již našly mnoho uplatnění. Pokud takovou kapalinu nanesete na neodymový magnet, bude magnet klouzat po povrchu s minimálním odporem, to znamená, že tření prudce klesne. Na základě feromagnetické kapaliny se ve Spojených státech vyrábějí povlaky absorbující radary pro letadla. A tvůrci slavného Ferrari používají magnetoreologickou kapalinu v odpružení automobilu: manipulací s magnetem může řidič odpružení kdykoli ztuhnout nebo změkčit. A to je jen několik příkladů.

Magnetická tekutina je úžasný materiál. Vyplatí se umístit jej do magnetického pole, protože jednotlivé magnetické částice se spojují a seřazují podél siločar a mění se ve zcela pevnou látku. Kouzelnické triky s magnetickou tekutinou, která se při kontaktu s magnetem promění v symetricky bezchybné ježky nebo kaktusy, se dnes předvádějí v mnoha zábavných pořadech. Ferofluid si samozřejmě můžete koupit, ale mnohem zajímavější je vyrobit si ho sami.

Psali jsme o tom, jak získat samotvrdnoucí magnetickou tekutinu, která vám umožní zkoumat struktury tvořené magnetickými částicemi pod mikroskopem (Chemie a život, 2015, č. 11) A zde je další recept na domácí feromagnetickou tekutinu . Vezměte 50 ml toneru do laserové tiskárny. Tento prášek se skládá z nejméně 40 % magnetitu, jehož velikost částic je 10 nanometrů nebo méně. Toner také nutně obsahuje povrchový modifikátor, aby se nanočástice neslepovaly. K 50 ml toneru přidejte 30 ml rostlinného oleje (dvě polévkové lžíce) a důkladně promíchejte, na tento proces nešetřete čas. Získáte černou homogenní tekutinu podobnou zakysané smetaně. Nyní ji nalijte do ploché skleněné nádoby se stranami tak, aby tloušťka vrstvy byla alespoň centimetr. Přineste magnet pod dno nádoby a na tomto místě se v kapalině okamžitě objeví tvrdý ježek. Lze s ním pohybovat pomocí magnetu. Pokud magnet přivedete k povrchu kapaliny nebo ke straně, kapalina doslova vyskočí směrem k magnetu, takže buďte opatrní. Abyste se tomuto problému vyhnuli, můžete magnetickou tekutinu vložit do malé skleněné kónické baňky a naplnit ji do poloviny nebo o něco méně. Nakloňte baňku tak, aby se podél její stěny vytvořila vrstva kapaliny, a přidržte magnet blízko skla.

Úspěch závisí na síle magnetu (v obchodech koupíte malý neodymový magnet) a kvalitě toneru. V druhém případě si musíte být jisti, že obsahuje magnetický prášek.

Termín "ferrofluid" obvykle označuje tekutinu, která je přitahována magnetem, to znamená, že reaguje na magnetické pole. Navíc v silných magnetických polích může tato kapalina ztratit svou tekutost a stát se jako pevné těleso. Mnozí o takových látkách slyšeli, ale většina takové látky považuje za exotické a drahé high-tech produkty, dostupné jen pár vyvoleným šťastlivcům. To je pravda, ale jen částečně. Někdy úplně stačí méně kvalitní, ale více než cenově dostupný produkt vyrobený za pár minut doslova z odpadků.

DIY magnetická tekutina

Výroba magnetické kapaliny chemickou cestou

K tomu musíte mít následující vybavení a chemické sklo.

  1. Lékárenské váhy se sadou závaží.
  2. Dvě baňky (kulaté nebo ploché dno).
  3. Kádinka.
  4. Filtrační papír a nálevka.
  5. Dostatečně silný magnet, nejlépe prsten (z reproduktoru).
  6. Malý (laboratorní) elektrický sporák.
  7. Porcelánová sklenice na 150–200 ml.
  8. Teploměr s rozsahem měření teploty do 100°С.
  9. indikátorový papírek.
  10. Chcete-li získat lepší ferrofluid, budete potřebovat malou stolní odstředivku (4000 ot./min). Při mírných požadavcích na výsledný produkt se však můžete obejít bez centrifugace nebo zkusit centrifugaci nahradit dlouhým usazováním.

Kromě toho jsou vyžadována následující činidla.

  1. Soli dvoj- a trojmocného železa (chlor FeCl 2, FeCl 3 nebo síran FeSO 4, Fe 2 (SO 4) 3).
  2. Amoniakální voda 25% koncentrace (amoniak).
  3. Sodná sůl kyseliny olejové (olejové mýdlo) jako povrchově aktivní látka. Můžete zkusit nahradit kyselinu olejovou čisticími prostředky s nízkou pěnivostí.
  4. Destilovaná voda. Místo destilované vody můžete použít vodu, která byla vyčištěna systémem reverzní osmózy (včetně vody pro domácnost, ale za předpokladu, že tento systém nemá „zlepšovací“ post-náplň, která obohacuje již vyčištěnou vodu o soli a mikroprvky). Čištěná pitná voda v lahvích z obchodu nebude fungovat - obvykle je „vylepšena“ různými mikroaditivy; ze stejných důvodů není vhodná přírodní pramenitá a artéská voda.

Zde je shrnutí této techniky. Údaje jsou uvedeny na 10 gramů pevné magnetické fáze (magnetitu) ve ferrokapalině.

1. V 500 ml destilované vody (možno za mírného zahřátí a mírného míchání) rozpusťte 24 gramů železité soli (chlór nebo síran) a 12 gramů železité soli (chlorid nebo síran).
2. Výsledný roztok se filtruje na nálevce do jiné baňky přes filtrační papír, aby se oddělily mechanické nečistoty.
3. Do první baňky po promytí vodou nalijte (opatrně!) asi 100–150 ml čpavkové vody (lepší je pracovat pod průvanem nebo na vzduchu).
4. Velmi opatrně tenkým proudem přelijte přefiltrovaný roztok z druhé baňky do první, obsahující čpavkovou vodu, a důkladně protřepejte.
Hnědooranžový roztok se okamžitě změní na černou suspenzi. Přidejte trochu destilované vody a umístěte baňku s výslednou směsí na permanentní magnet na půl hodiny.
5. Poté, co vzniklé částice magnetitu ve formě „deště“ působením sil magnetického pole spadnou na dno baňky, opatrně vypusťte asi dvě třetiny roztoku do kanalizace, sediment přidržujte magnetem a znovu nalijte do baňky destilovanou vodu. Dobře protřepejte a nasaďte zpět na magnet. Opakujte operaci, dokud pH roztok nedosáhne 7,5–8,5 (světle zelená barva indikátorového papírku Lahema při navlhčení promývacím roztokem).
6. Po vypuštění posledního promývacího roztoku ze dvou třetin se zahuštěná suspenze přefiltruje přes papírový filtr na nálevce a výsledná černá sraženina se smíchá se 7,5 gramy sodné soli kyseliny olejové.
7. Směs dejte do porcelánového hrnku a za dobrého míchání zahřívejte na elektrickém sporáku na 80 °C po dobu jedné hodiny.
8. Výsledná černá melasa se ochladí na pokojovou teplotu. Přidejte 50–60 ml destilované vody a výsledný koloidní systém důkladně promíchejte.
9. Odstřeďujte „melasu“ zředěnou vodou při 4000 otáčkách za minutu po dobu jedné hodiny nebo sklenici s ní znovu položte na prstencový magnet. Odstřeďování můžete zkusit nahradit usazením na chladném místě na několik dní, ale v tomto případě by měla být baňka opravdu nehybná (řekněme, že blízké tramvajové koleje ztratí smysl dlouhého usazování, totéž platí pro podlahy v běžných vícepodlažních budovách které nemají potřebnou tuhost a masivnost).
10. Výslednou magnetickou tekutinu nalijte do kádinky a vyneste magnet ven. Tekutina ho bude následovat. Po odstranění magnetu na skle zůstane stopa tekutiny. Měl by mít hnědooranžovou barvu a bez cizích částic.
11. Vodnou magnetickou tekutinu skladujte nejlépe ve světlotěsné nádobě na chladném místě.

Než budete pokračovat ve výrobě, doporučuji vám podívat se na stránku http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html, je tam popsána stejná technika a na konci se autor stránky podělí o své zkušenosti. Jako povrchově aktivní látku používal zejména nejběžnější "Fairy" (prostředek na mytí nádobí). Hlavní věc je věnovat zvláštní pozornost bezpečnostním doporučením a věnovat potřebnou péči!

Výroba magnetické kapaliny mechanicky

Prakticky každý si přitom dokáže vyrobit kapalinu, která je pro některé aplikace zcela přijatelná a reaguje na magnetické pole – bez jakýchkoli činidel a během několika minut. Ještě jednou zdůrazňuji – pouze pro nějaký aplikací a jeho kvalita je výrazně horší než kvalita získaná chemickou cestou. Zejména se ukazuje, že konzistence produktu je taková, že jej nelze spíše nazvat „kapalinou“, ale „kaší“. Navíc doba depozice magnetických částic je poměrně krátká - obvykle od několika sekund do několika minut. Ale žádná chemie a exotické technologie – pouze prosévání a míchání. Mimochodem, když se lidé v polovině 20. století poprvé začali zajímat o magnetické tekutiny, jejich úplně první vzorky byly získány přesně tímto způsobem.

K výrobě takové „magnetické kaše“ stačí nasbírat potřebné množství jemných ocelových pilin. Čím jemnější, tím lepší, proto je nejvhodnější ocelový prach zbylý po práci „brusky“ nebo brusného kamene. Prach je shromažďován magnetem (ne příliš silným - ani ne tak pro zabránění velké zbytkové magnetizaci, ale proto, aby k němu železné piliny tak intenzivně neinklinovaly a nesly s sebou méně nemagnetického prachu). Poté, aby se odstranily nečistoty a velké frakce, lze sesbíraný materiál propasírovat přes tkaninu (řekněme vložit do látkového sáčku a protřepat přes rozprostřené noviny; magnet se na noviny opět umístí trochu stranou, tentokrát silnější lepší je magnet, který zachytí částečky ocelového prachu, které proklouzly látkou a jemné nemagnetické nečistoty letí přímo dolů kolem magnetu, velké částice nečistot a velké ocelové piliny neprojdou látkou a zůstanou uvnitř sáčku). Čím je látka hustší, tím jemnější bude prosátý prach, ale o to déle bude třepání sáčkem trvat. Chcete-li proces zmechanizovat, můžete zkusit profouknout prachové částice tkaninou sáčku výfukem vysavače, ale to již bude vyžadovat přípravu zařízení pro nasměrování, vychýlení a zhášení proudu vzduchu, který vyšel z vysavače. sáček (řekněme z prázdných plastových lahví od pitné vody, nejlépe se širokým hrdlem a objemem 5-8 litrů). Proto stojí za to uvažovat o „mechanizované“ verzi pouze s dostatečně velkými objemy vyrobeného „produktu“, měřeno v litrech, a pro několik gramů magnetické kapaliny, což je zcela dostačující pro většinu experimentů a mnoho praktických aplikací, to je nepravděpodobné, že by to bylo oprávněné. Odstřeďování v kapalině samozřejmě zajistí mnohem lepší oddělení částic, ale hustá tkanina a vysavač se najdou téměř v každé domácnosti, ale z nějakého důvodu nejsou odstředivky o několika tisících otáčkách za minutu tak rozšířené. Pokud je zachycený prach dostatečně čistý a homogenní a požadavky na kvalitu „magnetické kaše“ jsou poměrně nízké, lze prosévání zcela vynechat.

Ještě jednou zdůrazňuji – částice oceli by měly být co nejmenší. K získání jemného ocelového prachu by měl být použit jemnozrnný (lapovací) brusný kotouč. Jako vodítko můžeme nabídnout následující - při pečlivém zkoumání pouhým okem nelze určit tvar prachových částic, na bílém papíře vypadají jako drobné tečky. Pokud dokážete určit tvar a orientaci pilin, pak jsou takové piliny příliš velké, velmi rychle se usadí a budou téměř nehybné! Ale takové velké piliny je vhodné použít v suché formě ke studiu magnetických siločar. Za kritérium by měla být považována velikost, kdy jsou u pilin podlouhlého tvaru rozlišitelné směry „podél“ a „napříč“ – to při normálním vidění obvykle odpovídá velikosti na největší straně 0,05–0,1 mm nebo více, tzn. takové piliny, alespoň jeden z rozměrů, jsou větší než 50 až 100 mikrometrů.

Vybraný ocelový prach je naplněn kapalinou, která kov dobře smáčí. Tou může být obyčejná voda – nejlépe nasycená povrchově aktivními látkami, tedy mýdlem nebo jiným saponátem (zde škodí pěnění, proto by mělo být co nejmenší!). Aby se však zabránilo rychlé korozi částic železného prachu, které je mohou za pár dní jednoduše „sežrat“, je lepší použít tekutý motorový olej na ocel. Domácnost je docela vhodná - to, co se používá k mazání šicích strojů. Případně můžete použít brzdovou kapalinu, která si zachovává své vlastnosti ve velmi širokém teplotním rozsahu. Je však třeba pamatovat na to, že brzdová kapalina je velmi hygroskopická (i když to zde není tak důležité) a v otevřené nádobě se z ní odpařují těkavé frakce, které nejsou v žádném případě zdraví prospěšné - proto je lepší pracovat s v dobře větraném prostoru nebo na čerstvém vzduchu.

Koncentrace ocelového prachu v kapalině nesmí být na jedné straně příliš vysoká, aby kapalina příliš nezhoustla a viskózní, a na druhé straně příliš nízká, jinak nedojde k pohybu magnetických částic. být schopen strhnout jakýkoli znatelný objem kapaliny. Vybírá se empiricky postupným přidáváním pilin do kapaliny, důkladným promícháním a kontrolou magnetem. Je lepší ponechat mírný přebytek základní kapaliny, než přijímat její nedostatek, protože v druhém případě se mobilita výsledné látky velmi znatelně snižuje.

Pohyblivost částic takové magnetické tekutiny je dána velikostí smáčecí síly kovu kapalinou, která od sebe kovové částice "izoluje" a zajišťuje jejich relativně volný pohyb. Povrchově aktivní látky (tenzidy) smáčejí povrch prachových částic ještě lépe, proto se používají v „profesionálních“ kompozicích. V silných magnetických polích může síla vzájemné přitažlivosti částic převýšit sílu smáčení a částice se pak začnou přímo dotýkat a kapalina „ztvrdne“ a stane se něčím jako mokrý písek. Konkrétní hodnota kritické síly magnetického pole závisí jak na magnetických vlastnostech použitého kovu, tak na síle smáčení kovu základní kapalinou nebo povrchově aktivní látkou, jakož i na teplotě kapaliny a velikosti kovové částice (větší se „slepí“ rychleji, protože mají menší specifický povrch na jednotku hmotnosti; velké piliny se navíc snadno usazují na dně, zatímco zvláště malé prachové částice mohou být udržovány v suspenzi Brownovým pohybem molekuly základní kapaliny). Po odstranění magnetického pole se pohyblivost kapaliny obnoví, pokud zbytková magnetizace není příliš velká.

Na závěr je třeba říci, že ferrofluid ze železného prachu je nejen velmi hustý, ale má i vysoké abrazivní vlastnosti, takže je problematické jej přečerpávat jakýmikoli trubkami, ale může snadno poškodit ložiska a pracovní plochy čerpadel. it (optimální typ čerpadla je zubové objemové čerpadlo podobné olejovým čerpadlům v automobilových motorech). Abrazivní účinek se výrazně sníží, pokud vůle mezi vzájemně se pohybujícími částmi překročí velikost největších částic alespoň jedenapůlkrát až dvakrát. V této situaci je dvojice materiálů "tvrdý kov - odolný elastický plast" velmi odolná proti opotřebení. Plast musí být přesně elastický, jako tvrdá pryž nebo fluoroplast, ale ne tak tvrdý jako textolit nebo ebonit (a samozřejmě musí být chemicky odolný vůči základní kapalině).

Tyto vlastnosti „magnetické tekutiny“ však v mnoha případech nejsou zásadní a mnohé efekty se v ní projevují stejně jako u „skutečných“ magnetických tekutin. Zejména magnet přitlačený ke dnu se po uvolnění úspěšně vznáší do středu kapaliny i mnoho minut po dokončení ukládání magnetických částic (v usazené kapalině však může tento vzestup trvat několik minut nebo dokonce hodiny). Je-li naopak stejný magnet umístěn na povrchu, bude klesat a opět bude mít tendenci ke středu kapaliny (přesněji do středu oblasti obsazené kovovými částicemi).

A poslední poznámka. Lehké protřepání nebo poklepání na stěnu nádoby výrazně zvyšuje pohyblivost „kaše“. Pokud se vám nechce třást rukama, poslouží jakýkoli zdroj slabých vibrací – až po reproduktor subwooferu, do kterého je potřeba přivést silný nízkofrekvenční signál (i když se to spolubydlícím nemusí moc líbit)! Na takto improvizovaném "vibračním stojanu" i usazená a neaktivní "břečka" vykazuje dobrou tekutost. ♦

Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce "Job Files" ve formátu PDF

ÚVOD

Cílová: připravit ferrofluid a studovat jeho vlastnosti.

úkoly:

Přečtěte si o ferrofluidu ( typ nenewtonské tekutiny).

Připravte ferrofluid.

Proveďte experimenty ke studiu jeho vlastností.

Naučte se jeho aplikaci.

Vyvodit závěry.

Prezentovat výsledky.

Hypotéza: doma si můžete připravit ferrofluid a studovat jeho vlastnosti.

Rozsah výsledků:účast ve výzkumných soutěžích

Relevantnost: Magnetismus je fyzikální jev, při kterém materiály působí přitažlivou nebo odpudivou silou na jiné materiály na dálku. Planeta Země má dva magnetické póly a vlastní magnetické pole. magnety je důležitou součástí našeho každodenního života. magnety jsou nezbytnými součástmi zařízení, jako jsou elektromotory, reproduktory, počítače, CD přehrávače, mikrovlnné trouby a samozřejmě automobily. magnety používá se v senzorech, přístrojích, výrobních zařízeních, vědeckém výzkumu. Ferrofluid je druh nenewtonské tekutiny. Jedná se o uměle vytvořenou kapalinu. Tato tekutina mění vlastnosti za určitých podmínek, které může člověk ovládat.

HLAVNÍ ČÁST

2.1 Teoretická část

Magnetické kapaliny jsou unikátní technologicky uměle syntetizovaný materiál s fluidními a magneticky řízenými vlastnostmi.

Ferrofluid vynalezl v roce 1963 zaměstnanec NASA Steve Papell. Řešil velmi specifický problém: jak přinutit kapalinu v palivové nádrži rakety, aby se přiblížila k otvoru, ze kterého čerpadlo pumpovalo palivo do spalovací komory v podmínkách beztíže. Tehdy přišel Papel s netriviálním řešením – přidat do paliva jakousi magnetickou látku, aby se pomocí vnějšího magnetu řídil pohyb paliva v nádrži. Tak se zrodil ferrofluid.

Minimální složení ferrofluidu je: feromagnetikum (například malé částice magnetického kovu) a rozpouštědlo (například různé oleje). Ale taková tekutina se usadí. Aby k tomu nedocházelo, je nutné přidat povrchový modifikátor (látka, která zabraňuje slepení feromagnetika, např. kyselina citrónová). Feromagnetické tekutiny jsou studovány vědním oborem koloidní chemie.

Magnetická kapalina má všechny výhody kapalného materiálu - nízký koeficient tření při kontaktu s pevným tělesem, schopnost pronikat do mikroobjemů, schopnost smáčet téměř jakýkoli povrch atd. ovladatelnost magnetickou kapalinou umožňuje držení na správném místě zařízení pod vlivem magnetického pole.

2.2 Praktická část:

V praktické části práce jsem si zkusil vyrobit ferrofluid a viděl, jak se mění v přítomnosti magnetu.

2.2.1 Materiály a nástroje:

Tonerový prášek, vývojka, železné hobliny, magnetický prášek;

Strojní olej, slunečnicový olej;

kyselina citronová;

Neodymové magnety: z běžného pevného disku pro počítač, ze zvukového reproduktoru, neodymový prstencový magnet zakoupený ve specializované prodejně;

Láhev, trychtýř, různé povrchy, plastový sáček, rukavice, hůlka;

Poznámkový blok, pero, fotoaparát, notebook.

2. 2.2 Pokus č. 1 Získání ferrofluidu z tonerového prášku a strojního oleje

Na internetu je mnoho stránek, které popisují způsob výroby ferrofluidu z tonerového prášku a strojního oleje v poměru jedna třetina tonerového prášku, zbytek strojního oleje. Vzal jsem bratr laserový tonerový prášek a strojní olej. Míchaný v plastové láhvi. Po promíchání jsem magnet zvedl a nic se nestalo. Kapalina se ukázala, ale neměla magnetické vlastnosti. Pokud by kapalina měla magnetické vlastnosti, při pohybu magnetu by tuhla a měnila svůj tvar. Zážitek skončil neúspěchem.

2.2.3 Pokus č. 2 Získání ferrofluidu z tonerového prášku, vývojky a strojního oleje

Z první zkušenosti jsem usoudil, že použitý toner není feromagnet. V moderních laserových tiskárnách se k magnetizaci inkoustu používá vývojka – speciální magnetický prášek. Do kapaliny získané v prvním experimentu jsem přidal třetinu objemu vývojky. Když jsem magnet zvedl, kapalina vytvořila téměř neznatelný kopeček a Ne vytvrzený. Výsledkem byla kapalina se slabými feromagnetickými vlastnostmi. Zážitek skončil neúspěchem.

2.2.4 Pokus č. 3 Získání ferrofluidu ze železných hoblin a strojního oleje

Po prvních dvou neúspěšných pokusech jsem přemýšlel o síle magnetu. S jehož pomocí ověřuji přítomnost magnetických vlastností. K otestování kapaliny jsem použil dva magnety: magnet ze zvukového reproduktoru a neodymový magnet z již nefunkčního pevného disku pro počítač (HDD). Abych se ujistil, že díky vlastnostem feromagnetika v kapalině nevznikne feromagnetická kapalina a nikoli magnet, přidal jsem do výsledného roztoku běžné železné piliny ( odpad z práce na kovoobráběcím stroji). Magnet přitáhl všechny železné prvky kapaliny ke stěně! Objevily se magnetické vlastnosti, ale vše, co jsem namíchal, lze jen stěží nazvat kapalinou. Experiment opět skončil neúspěchem.

2.2.5 Pokus č. 4 Získání ferrofluidu z magnetického prášku a slunečnicového oleje

Takže k získání feromagnetické tekutiny potřebujete dobrý feromagnet! Ve specializované prodejně World of Magnets jsem zakoupil speciální železný magnetický prášek na pokusy.

2.2.6 Pokus č. 5 Získání ferrofluidu z magnetického prášku, kyseliny citrónové a slunečnicového oleje.

Aby nedocházelo k delaminaci feromagnetické kapaliny, přidává se do ní povrchově aktivní látka (surfaktant). Jako povrchově aktivní látku jsem zvolil kyselinu citronovou.

2.2.7 Pokus č. 6 Studium vlastností ferrofluidu. Magnetické ovládání.

Pro studium vlastností výsledné kapaliny jsem použil neodymový magnet.

Magnety a nástroje

Když jsem magnet přivedl ke stěně bubliny s feromagnetickou kapalinou, část kapaliny se zmagnetizovala ke stěně, ztvrdla a změnila svůj tvar (viz foto)

Když jsem přiložil magnet na dno a otočil lahvičku dnem vzhůru, veškerý její obsah ztuhnul a neprotékal shora dolů.

Když jsem magnet vyjmul, pevná látka se začala proměňovat v kapalinu a sklo shora dolů.

Pomocí pipety jsem nalil trochu ferrofluidu na plastový disk.

Pozor - jedná se o tekutinu !!!

Zde je to, co se stalo s kapalinou ovlivněnou magnetem. Tvar je podobný ježčím jehlám.

Když se magnet pohnul, část pevné kapaliny se pohybovala s ním, zbytek začal nabývat kapalné formy.

Moje malá sestra chtěla vyrobit feromagnetickou kočku, která by se mohla postavit.

Na překližce pokryté fólií jsem pomocí plastelíny vytvořil obrysy kočky a naplnil ji pomocí pipety ferofluidem

To se stalo, když byl magnet přiveden zespodu

...ocas na konci...

Můj feromagnetický ježek

Zkoumání…..

2.2.8 Pokus č. 7 Studium vlastností ferrofluidu. Schopnost pronikat do mikroobjemů(ucpání otvoru )

V posledním experimentu jsem se snažil přijít na to, jak uzavřít únikové otvory pomocí externího magnetu. K tomu jsem nejprve nalil svou tekutinu do plastové baňky s velkým otvorem na dně. Pak přivedl magnet ke stěně vedle otvoru a zvedl baňku. Kapalina ztvrdlá působením magnetu bránila vytékání zbytku tekuté části. Jakmile jsem magnet sundal, vše vyteklo z baňky.

2.3 Praktická aplikace

Aplikace ferrofluidů:

  1. Na bázi feromagnetické kapaliny se pro letadla vyrábějí povlaky pohlcující radary.
  2. Tvůrci slavného Ferrari používají magnetoreologickou kapalinu v odpružení automobilu: manipulací s magnetem může řidič odpružení kdykoli ztuhnout nebo změkčit.
  3. Ferrofluid se používá v některých výškových reproduktorech k odstranění tepla z kmitací cívky. Zároveň funguje jako mechanický tlumič, potlačující nežádoucí rezonanci. Ferofluid je držen v mezeře kolem kmitací cívky silným magnetickým polem, přičemž je v kontaktu s oběma magnetickými povrchy a cívkou současně.
  4. Ferrofluidy mají mnoho aplikací v optice díky svým refrakčním vlastnostem. Mezi tyto aplikace patří měření měrné viskozity kapaliny umístěné mezi polarizátorem a analyzátorem, osvětlené heliem neonový laser.
  5. Jako pracovní tekutina v senzorech náklonu a akcelerometrech.
  6. V magnetických separátorech pro separaci a separaci materiálů s různou hustotou. Magnetické fluidum má ještě jednu úžasnou, skutečně unikátní vlastnost. V něm, jako v každé kapalině, plavou tělesa s menší hustotou a tělesa s větší hustotou než je ona sama klesají. Ale pokud na něj aplikujete magnetické pole, pak se utopená těla začnou vznášet. Navíc, čím je pole silnější, tím těžší tělesa vystupují na povrch. Aplikací magnetického pole různé intenzity je možné přimět tělesa, aby plula s určitou danou hustotou. Tato vlastnost magnetické tekutiny se nyní využívá k obohacení rudy. Utopí se v magnetické tekutině a pak je s rostoucím magnetickým polem nucen plavat prázdný kámen a poté těžké kusy rudy. Například k oddělení zlata a koncentraci.
  7. Pro čištění vodních ploch od ropných produktů v případě havarijních úniků a katastrof.
  8. Zařízení pro tisk a kreslení. Existují tisková a kreslící zařízení, která běží na magnetické kapalině. Do barvy se přidá trocha magnetické tekutiny a tato barva se tenkým proudem nastříká na papír napnutý před ní. Pokud není proudnice ničím vychýlena, nakreslí se čára. Ale elektromagnety jsou umístěny v cestě proudu, jako vychylovací elektromagnety televizní kinescope. Roli toku elektronů zde hraje tenký pramínek barvy s magnetickou tekutinou – elektromagnety jej odmítají a na papíře zůstávají písmena, grafika a kresby.

3. ZÁVĚR

závěry

  1. Doma si můžete připravit ferrofluid a studovat jeho vlastnosti.
  2. Úspěch experimentů závisí na síle magnetu a kvalitě feromagnetika. Pokud používáte tonerový prášek nebo vývojku tiskárny, musíte si být jisti, že obsahuje magnetický prášek.
  3. Pomocí magnetu můžete vidět některé vlastnosti ferrofluidu a pochopit, jak fungují různé mechanismy.

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A LITERATURY

  1. Jak si vyrobit ferrofluid doma? Viktorová L.
  2. ("NiZh", 2015, č. 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
  3. MAGNETIC LIQUID, I. Senatskaya, kandidát chemických věd F. Baiburtsky https://www.nkj.ru/archive/articles/4971/ (Science and Life, MAGNETIC LIQUID)
  4. Ferrofluid 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 % 8C
  5. Ferrofluid - co to je a jak si vyrobit vlastní ferrofluid http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/