התחל במדע. איך ליצור פרופלואיד משמן ואבקת ברזל Ferrofluid איך להכין בבית

פרונוזל, הוא נוזל מגנטי- מתקן מסתורי ומוזר במיוחד. ראיתי אותו לראשונה לפני כעשר שנים, במוזיאון פריז למדע וטכנולוגיה, שם אחת התערוכות הייתה כלי זכוכית סגור היטב ובתוכו נוזל שחור שמנוני. בסמוך מונח זוג מגנטים. כשהובאו לכלי, הנוזל הגיב, עלה כמו קיפוד ויצר תמונה של סוג די מאיים של קוצים שחוזרים על צורת מגנט. היה גם תיאור קצר של מה זה ועם מה זה נאכל. ואז למדתי את השם הזה - ferrofluid. כמובן, הוא רצה בלהט, אבל אז לא היו רעיונות איפה להשיג את זה, שום הזדמנויות לכך. ועכשיו, עשר שנים אחרי...

Ferrofluid, למעשה, הוא תרחיף של ננו-חלקיקים פרומגנטיים (בדרך כלל מגנטיט), בגודל של כ-10 ננומטר (לעיתים רחוקות יותר), מעורבב בחומר פעיל שטח (ממס אורגני כגון חומצה אולאית, או מים), אשר יוצר מעין סרט סביב את הננו-חלקיקים, לא נותנים להם להחליק. בהשפעת שדה מגנטי, החלקיקים מסתדרים לאורך קוויו ויוצרים מחטים אופייניות אלה. באופן עקרוני, לא סביר שאצליח לתאר את תכונותיו של פרונוזל טוב יותר מאשר בוויקי, אז אני שולח לשם את מי שרוצה לדעת יותר תיאוריה.

מצאתי את הצנצנת היקרה שחיפשתי ב-Ebee, כמו גם דברים רבים אחרים. תג המחיר לא היה מעודד במיוחד, אבל למעשה לא היו אלטרנטיבות (אגב, הוא יקר פי ארבעה ב- supermagnete.de), אז נאלצתי להזמין אותו. ועכשיו, חודש אחרי, סוף סוף יש לי צנצנת. 8 אונקיות של החרא השחור המוזר הזה.
הדבר הראשון שהתגלה היה שהיא מלוכלכת בטירוף. אם טיפה של נוזל ברזל מגיעה על בגדים בהירים, הכתם הזה לא יוסר בשום דבר. ורצוי מאוד מאוד ללבוש כפפות בעבודה איתו. שנית, היא מתיזה בפראות. טיפות נמצאו במקומות הכי לא צפויים. והשלישי - בשל השילוב של שני המאפיינים הראשונים של הצנצנת הזו, היא תחזיק מעמד לזמן קצר מאוד 🙁

למעשה, כפי שהתברר לאחר מספר ניסויים, על מנת להשיג דפוסים מעניינים באמת של חלוקת חלקיקים, יש צורך באלקטרומגנטים ודמויות עוצמתיות בעלות צורת קצה מורכבת (כגון מקדחות, גלגלי שיניים וכו'), ובצורה טובה הדרך שבה האלקטרומגנט חייב להיות כרוך על עצם זה. שעשועים עם מגנטים קבועים הם סקרנים, אבל, ראשית, המגנטים שלי חלשים למדי להשגת תמונות גדולות, ושנית, זה בידור של כחמש דקות, מכיוון שהתנהגות הנוזל מתבררת כמונוטונית למדי.

עם זאת, עד כה הצלחנו להמציא אפשרות צבעונית פחות או יותר לשימוש במגנטים קבועים עם פרונוזל: אתה צריך להביא את המגנט לא מלמטה, אלא מלמעלה (כמובן, דרך שכבת זכוכית או פלסטיק), ואז אתה יכול לראות איך עמוד צומח ממרכז הקערה עם פרונוזל, והכוס מתחת למגנט מתחילה לבלוט עם מחטים של נוזל זורם. בנוסף, כוח הכבידה המושך את הנוזל מטה מגדיל באופן ניכר את אורך המחטים.

Ferrofluid קשה מאוד לצלם באיכות גבוהה. בשל השתקפות האור המבריקת החדה מאוד והשחורה המלאה בכל שכבה עבה לפחות במידה ניכרת (אגב, היא חומה בשכבה דקה מאוד), מתברר שקשה לצלם את גבולות הדוקרנים. אבל בסופו של דבר, הבנתי מה לעשות: לצלם במהירות תריס של חמש שניות, ובמשך הזמן הזה להניף פנס, להאיר את הקיפוד מהפרואיד הנדבק מצדדים שונים.

אגב, אתה יכול לנסות לעשות פרונוזל במו ידיך. מכיוון שעדיין לא ניסיתי את זה, לא אכנס לפרטים, אבל כשאגיע לשם, בהחלט אכתוב מה ואיך. הקושי העיקרי טמון בצורך בצנטריפוגה של המתלה, אבל אפשר לנסות להסתדר באמצעים מאולתרים, כי עדיין אין צנטריפוגה.

אני רוצה לציין במפורש פסלים פרונוזליים.לזה אני אשאף ומה שאני רוצה לקבל ממנו בסופו של דבר. מראה מאוד מכשף, במיוחד מרחף.

לטונרים המצויים במחסניות למדפסות יש תכונות מגנטיות מעניינות שתוכלו להתנסות בהן בשעות הפנאי שלכם. ההשפעה שלהם מתבררת כמעניינת מאוד, מכיוון שהנוזל מתחיל להגיע למגנט, ויותר מכך, אלמנטים בודדים יוצרים צורות גיאומטריות מוזרות. נכון, לא כל הטונרים מתאימים לחזרה על ההוראה המפורטת הזו. יהיה צורך רק בטונרים בצבע כהה, מכיוון שצבעים מיוצרים ללא שימוש בחלקיקים מגנטיים כהים.

חומרים

כדי ליצור נוזל מגנטי משלך, תצטרך:

• גיליון נייר עבה;
• כפפות מגן;
• מסכת מגן;
• כוס זכוכית ריקה;
• מדבקת פלסטיק לערבול;
• שמן צמחי;
• כף;
• מיכל פלסטיק רחב, כגון צלחת.

שלב 1. פתח את המחסנית בזהירות רבה כדי לשפוך את הטונר ממנה לתוך כוס זכוכית. בסך הכל תזדקק לכ-50 מ"מ של נוזל. כדי לבדוק האם לנוזל שבחרתם יש תכונות מגנטיות, מספיק לצייר מגנט לאורך דופן הזכוכית. אם הוא מופעל, הניסוי יכול להמשיך.

נוזל הטונר אינו מסוכן לבריאות אלא אם אתה שואף או שותה אותו. לכן לפני עבודה זו אתה צריך ללבוש כפפות מגן ומסכה. אז אתה מפחית את הסבירות להרעלה במקרה של מגע מקרי עם נוזל על הידיים.

שלב 2. לנפח הסחורה שכבר קיבלת, עליך להוסיף שתי כפות שמן צמחי. בעזרת מדבקת פלסטיק ערבבו היטב את ההרכב שקיבלתם. כדי להמשיך את הניסוי, הוא חייב להיות אחיד.

שלב 3. הנוזל המגנטי שנוצר אתה צריך בזהירות לשפוך לתוך מיכל רחב. זה בדיוק מה שצריך כדי לראות את כל מה שיקרה עם הנוזל המגנטי שנוצר.

מתחתית הצלחת הביאו מגנט מבחוץ. שימו לב למה שקורה בתוך המיכל. בנקודת המגע של המגנט, יש לאסוף את הנוזל על ידי פקעת בצורת קיפוד נפח. אלו הם החלקיקים המגנטיים שהיצרנים מוסיפים לטונר. הם יכולים להיות קטנים או גדולים יותר, וזה שוב תלוי ביצרן.

שלב 4. עם הנוזל הזה אתה יכול לעשות דוגמה מגנטית. כדי לעשות זאת, אתה צריך לשפוך חלק מהנוזל על נייר עבה ולהביא מגנט מאחור. על ידי הזזה מצד לצד, תצייר.

אם הכתמתם חפצים או רהיט בטונר, שטפו הכל במים קרים, אתם אמורים להיות מסוגלים לעשות זאת ללא בעיות. בשום מקרה אסור להשתמש במים חמים, זה יקבע את הפיגמנט, ואי אפשר יהיה לשטוף אותו.

עברו 52 שנים מאז המציא עובד נאס"א סטיב פאפל את הפרו-נוזל. הוא פתר בעיה מאוד ספציפית: איך לאלץ את הנוזל במיכל הדלק של הטילים להתקרב לחור שממנו שאבה המשאבה דלק לתא הבעירה בתנאים של חוסר משקל. או אז הגיעה פאפל לפתרון לא טריוויאלי – להוסיף לדלק חומר מגנטי כלשהו כדי לשלוט בתנועת הדלק במיכל בעזרת מגנט חיצוני. כך נולד פרונוזל.

פאפל השתמש במגנטיט (Fe 3 O 4) כחומר מגנטי, אותו כתש (טחן בתערובת עם חומצה אולאית) בטכנולוגיה מיוחדת במשך ימים רבים. התקבל תרחיף קולואידי יציב, שבו התקיימו ביציבות חלקיקים זעירים של מגנטיט בגודל 0.1-0.2 מיקרון. חומצה אולאית במערכת זו מילאה את התפקיד של משנה פני השטח, אשר מנע מחלקיקי מגנטיט להיצמד זה לזה. פטנט S. Papella US 3215572 A (נוזל מגנטי בעל צמיגות נמוכה המתקבל מהשעיה קולואידית של חלקיקים מגנטיים) פתוח וניתן לצפות בו באינטרנט. ההרכב הקלאסי של פרונוזל הוא 5% (בנפח) של חלקיקים מגנטיים, 10% של חומר משנה פני השטח (חומצה אולאית, לימון או פוליאקרילית וכו'). השאר הוא ממס אורגני, כולל שמנים נוזליים.

העניין בנוזלים מגנטיים קם לתחייה בשנים האחרונות, וכיום הם כבר מצאו יישומים רבים. אם מורחים נוזל כזה על מגנט ניאודימיום, המגנט יחליק על פני השטח בהתנגדות מינימלית, כלומר החיכוך יקטן בחדות. על בסיס נוזל פרומגנטי בארצות הברית, מיוצרים ציפויים סופגי מכ"ם למטוסים. והיוצרים של פרארי המפורסמת משתמשים בנוזל מגנטוריאולוגי בהשעיה של מכונית: על ידי מניפולציה של מגנט, הנהג יכול להפוך את המתלה לקשיח יותר או רך יותר בכל עת. ואלה רק כמה דוגמאות.

נוזל מגנטי הוא חומר מדהים. ברגע שהוא ממוקם בשדה מגנטי, החלקיקים המגנטיים הנבדלים מתאחדים ומתיישרים לאורך קווי השדה של הכוח, והופכים לחומר מוצק לחלוטין. כיום, קסמים עם נוזל מגנטי, אשר במגע עם מגנט, הופך לקיפודים או קקטוסים, ללא רבב מבחינת סימטריה, מוצגים בתוכניות בידור רבות. כמובן, אתה יכול לקנות ferrofluid, אבל זה הרבה יותר מעניין לעשות את זה בעצמך.

כתבנו על איך להשיג נוזל מגנטי מתקשה עצמית, שיאפשר לכם לבחון את המבנים שנוצרו על ידי חלקיקים מגנטיים במיקרוסקופ (כימיה וחיים, 2015, מס' 11) והנה עוד מתכון לנוזל פרומגנטי תוצרת בית. . קח 50 מ"ל של טונר למדפסת לייזר. אבקה זו מורכבת מ-40% מגנטיט לפחות, שגודל החלקיקים שלו הוא 10 ננומטר או פחות. הטונר מכיל בהכרח גם חומר משנה משטח כדי שהננו-חלקיקים לא יידבקו זה לזה. ל-50 מ"ל טונר, הוסיפו 30 מ"ל שמן צמחי (שתי כפות) וערבבו היטב, מבלי לחסוך זמן לתהליך זה. תקבל נוזל אחיד שחור, בדומה לשמנת חמוצה. כעת יוצקים אותו לכלי זכוכית שטוח עם דפנות כך שעובי השכבה יהיה לפחות סנטימטר. הביאו מגנט מתחת לתחתית המיכל, ובמקום זה יופיע מיד קיפוד קשה בנוזל. ניתן להזיז אותו עם מגנט. אם מביאים את המגנט אל פני הנוזל או הצידה, הנוזל ממש יקפוץ החוצה לכיוון המגנט, אז היזהר. כדי להימנע מצרה זו, אתה יכול לשים את הנוזל המגנטי בבקבוק חרוטי קטן מזכוכית, למלא אותו עד מחציתו או קצת פחות. הטה את הבקבוק כך שתיווצר שכבת נוזל לאורך הדופן שלו, והחזק את המגנט קרוב לזכוכית.

ההצלחה תלויה בחוזק המגנט (ניתן לקנות מגנט ניאודימיום קטן בחנויות) ובאיכות הטונר. במקרה האחרון, עליך להיות בטוח שהוא מכיל אבקה מגנטית.

המונח "פרונוזל" מתייחס בדרך כלל לנוזל שנמשך על ידי מגנט, כלומר, הוא מגיב לשדה מגנטי. יתר על כן, בשדות מגנטיים חזקים, הנוזל הזה יכול לאבד מהנזילות שלו, ולהיות כמו גוף מוצק. רבים שמעו על חומרים כאלה, אבל רובם מחשיבים חומרים כאלה כמוצרי היי-טק אקזוטיים ויקרים, הזמינים רק לכמה נבחרים ברי מזל. זה נכון, אבל רק חלקית. לפעמים מוצר באיכות נמוכה יותר, אבל יותר ממחיר סביר, שנעשה תוך דקות ספורות ממש מאשפה, מספיק.

נוזל מגנטי עשה זאת בעצמך

ייצור נוזל מגנטי באמצעים כימיים

לשם כך, עליך להחזיק בציוד וכלי זכוכית כימיים הבאים.

1. מאזני בית מרקחת עם סט משקולות.
2. שני צלוחיות (תחתית עגולה או שטוחה).
3. כּוֹס.
4. נייר סינון ומשפך.
5. מגנט חזק מספיק, רצוי טבעת (מהרמקול).
6. תנור חשמלי קטן (מעבדתי).
7. זכוכית פורצלן ל-150–200 מ"ל.
8. מד חום עם טווח מדידת טמפרטורה עד 100 מעלות צלזיוס.
9. נייר מחוון.
10. כדי להשיג פרונוזל טוב יותר, תזדקק לצנטריפוגה קטנה (4000 סל"ד). עם זאת, עם דרישות מתונות למוצר הסופי, אתה יכול להסתדר בלי צנטריפוגה או לנסות להחליף צנטריפוגה בשקיעה ארוכה.

בנוסף, יש צורך בריאגנטים הבאים.

1. מלחים של ברזל דו-וטרי ערכי (כלור FeCl 2, FeCl 3 או סולפט FeSO 4, Fe 2 (SO 4) 3).
2. מי אמוניה ריכוז 25% (אמוניה).
3. מלח נתרן של חומצה אולאית (סבון אולאי) כחומר פעיל שטח. אתה יכול לנסות להחליף חומצה אולאית בדטרגנטים עם קצף נמוך.
4. מים מזוקקים. במקום מים מזוקקים, ניתן להשתמש במים שטוהרו באמצעות מערכת אוסמוזה הפוכה (כולל מים ביתיים, אך בתנאי שלמערכת זו אין פוסט-מחסנית "משתפרת" המעשירה מים מטוהרים במלחים ומיקרו-אלמנטים). מי שתייה מטוהרים בבקבוקים מהחנות לא יעבדו - זה בדרך כלל "משופר" עם מיקרו תוספים שונים; מאותן סיבות, מעיין טבעי ומים ארטזיים אינם מתאימים.

להלן תקציר של טכניקה זו. הנתונים ניתנים לכל 10 גרם של הפאזה המגנטית המוצקה (מגנטיט) ב-ferrofluid.

1.	ממיסים ב-500 מ"ל מים מזוקקים (אפשר בחימום קל וערבול עדין) 24 גרם מלח ברזל (כלור או סולפט) ו-12 גרם מלח ברזל (כלוריד או סולפט).
2.	מסננים את התמיסה שהתקבלה על משפך לתוך בקבוק אחר דרך נייר סינון כדי להפריד זיהומים מכניים.
3.	בבקבוק הראשון, לאחר שטיפתו במים, יוצקים (בזהירות!) כ-100-150 מ"ל של מי אמוניה (עדיף לעבוד תחת טיוטה או באוויר הפתוח).
4.	בזהירות רבה, בזרם דק, יוצקים את התמיסה המסוננת מהבקבוק השני לתוך הראשון, המכיל מי אמוניה, ומנערים אותה במרץ. התמיסה החום-כתומה תהפוך מיידית לתרחיף שחור. מוסיפים מעט מים מזוקקים ומניחים את הבקבוק עם התערובת שהתקבלה על מגנט קבוע למשך חצי שעה.
5.	לאחר שחלקיקי המגנטיט שנוצרו בצורת "גשם" תחת פעולת כוחות השדה המגנטי נופלים לתחתית הבקבוק, יש לנקז בזהירות כשני שליש מהתמיסה לביוב, תוך החזקת המשקעים באמצעות מגנט. , ושוב יוצקים מים מזוקקים לתוך הבקבוק. נער אותו היטב והחזיר אותו למגנט. חזור על הפעולה עד pHהתמיסה לא תגיע ל-7.5-8.5 (צבע ירוק בהיר של נייר המחוון של Lahema כאשר מרטיבים אותו בתמיסת כביסה).
6.	לאחר שתמיסת הכביסה האחרונה מתרוקנת בשני שליש, מסננים את התרחיף המעובה דרך מסנן נייר על משפך ומערבבים את המשקע השחור שנוצר עם 7.5 גרם של מלח נתרן של חומצה אולאית.
7.	מניחים את התערובת בכוס חרסינה ובערבב היטב מחממים עד 80 מעלות צלזיוס על כיריים חשמליות למשך שעה.
8.	מצננים את המולסה השחורה שהתקבלה לטמפרטורת החדר. הוסף 50-60 מ"ל מים מזוקקים וערבב היטב את המערכת הקולואידית שנוצרה.
9.	צנטריפו את ה"מולסה" מדוללת במים ב-4000 סל"ד למשך שעה אחת או הניחו שוב את הכוס איתה על המגנט הטבעתי. אתה יכול לנסות להחליף צנטריפוגה בהתיישבות במקום קריר למשך מספר ימים, אולם במקרה זה, הבקבוק צריך להיות ממש ללא תנועה (נניח, פסי חשמלית סמוכים הופכים את ההתיישבות הארוכה ללא טעם, אותו דבר חל על קומות בבניינים רגילים רב-קומתיים. שאין להם את הקשיחות והמסיביות הדרושים).
10.	שופכים את הנוזל המגנטי שנוצר לכוס ומביאים מגנט החוצה. הנוזל ילך אחריו. לאחר הסרת המגנט, יישאר זכר של נוזל על הזכוכית. הוא צריך להיות בצבע חום-כתום וללא חלקיקים זרים.
11.	אחסן נוזל מגנטי מימי רצוי בכלי אטום לאור במקום קריר.

לפני שתמשיך בייצור, אני ממליץ לך להסתכל בדף http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html, אותה טכניקה מתוארת שם, ובסוף מחבר הדף חולק את הניסיון שלו. במיוחד, הוא השתמש ב"פיה" (נוזל כלים) הנפוץ ביותר כחומר פעיל שטח. העיקר לשים לב במיוחד להמלצות הבטיחות ולנקוט בזהירות הנדרשת!

ייצור נוזל מגנטי בצורה מכנית

בינתיים, כמעט כל אחד יכול לייצר נוזל שמקובל למדי עבור יישומים מסוימים ומגיב לשדה מגנטי - ללא כל ריאגנטים ובתוך דקות ספורות. שוב, אני מדגיש - רק בשביל כמהיישומים, ואיכותו גרועה משמעותית מזו המתקבלת באמצעים כימיים. בפרט, העקביות של המוצר מתבררת ככזו שניתן לקרוא לו לא "נוזל", אלא "תרחיץ". יתרה מכך, זמן השקיעה של חלקיקים מגנטיים קצר למדי - בדרך כלל ממספר שניות עד מספר דקות. אבל בלי כימיה וטכנולוגיות אקזוטיות - רק ניפוי וערבוב. אגב, כשאנשים התחילו להתעניין בנוזלים מגנטיים באמצע המאה ה-20, הדגימות הראשונות שלהם התקבלו בדיוק בדרך זו.

על מנת ליצור "רפש מגנטי" כזה, אתה רק צריך לאסוף את הכמות הנדרשת של קבצי פלדה עדינים. ככל שעדין יותר כך טוב יותר, לכן המתאים ביותר הוא אבק הפלדה שנשאר לאחר עבודת ה"טחינה" או אבן השחזה. אבק נאסף על ידי מגנט (לא חזק מדי - לא כל כך כדי למנוע מגנטיות שיורית גדולה, אלא כדי שסיבי הברזל לא יטו אליו בצורה כל כך אינטנסיבית וישאו איתם פחות אבק לא מגנטי). לאחר מכן, כדי לסלק לכלוך ושברים גדולים, ניתן לנפות את הנאסף דרך מטלית (נניח לשים בשקית בד ולנער מעל עיתון פרוס; שוב מניחים מגנט על העיתון קצת הצידה, הפעם חזק יותר מגנט עדיף, אשר לוכד חלקיקי אבק פלדה שחמקו דרך הבד, ולכלוך עדין לא מגנטי עף ישר על פני המגנט; חלקיקי לכלוך גדולים וסיבי פלדה גדולים אינם יכולים לעבור דרך הבד ולהישאר בתוך השקית). ככל שהבד צפוף יותר, האבק המנופה יהיה עדין יותר, אך ייקח יותר זמן לנער את השקית. כדי למכן את התהליך, אפשר לנסות להפריח חלקיקי אבק דרך בד השקית עם פליטה של ​​שואב אבק, אבל זה כבר ידרוש הכנה של מכשירים להכוונה, הסטה וכיבוי של זרם האוויר שיצא מהבית. שקית (נניח מבקבוקי פלסטיק ריקים ממי שתייה, רצוי עם צוואר רחב ונפח של 5-8 ליטר). לכן, כדאי לחשוב על הגרסה ה"ממוכנת" רק עם נפחים גדולים מספיק של ה"מוצר המיוצר", נמדד בליטרים, ועבור מספר גרמים של נוזל מגנטי, וזה מספיק עבור רוב הניסויים ויישומים מעשיים רבים, זה הוא לא סביר להיות מוצדק. כמובן שצנטריפוגה בנוזל תספק הפרדה הרבה יותר טובה של חלקיקים, אבל כמעט בכל בית אפשר למצוא מטלית צפופה ושואב אבק, אבל משום מה צנטריפוגות של כמה אלפי סיבובים לדקה אינן נפוצות כל כך. אם האבק שנאסף נקי והומוגני מספיק, והדרישות לאיכות "התרחץ המגנטי" נמוכות למדי, ניתן לוותר על הניפוי לחלוטין.

אני מדגיש שוב - חלקיקי הפלדה צריכים להיות קטנים ככל האפשר. כדי להשיג אבק פלדה עדין, יש להשתמש בגלגל שחיקה עדין גרגירים (חופפים). כמדריך נוכל להציע את הדברים הבאים - בבדיקה מדוקדקת בעין בלתי מזוינת, אי אפשר לקבוע את צורת חלקיקי האבק, על נייר לבן הם נראים כמו נקודות זעירות. אם אתה יכול לקבוע את הצורה והכיוון של הנסורת, אז נסורת כזו היא גדולה מדי, הם ישקעו מהר מאוד ויהיה כמעט בלתי נייד! אבל נסורת גדולה כזו נוחה לשימוש בצורה יבשה כדי לחקור את קווי השדה המגנטי. יש להתייחס לקריטריון כגודל כאשר הכיוונים "לאורך" ו"לרוחב" ניתנים להבחין בנסורת בצורת מלבן - עם ראייה תקינה, זה בדרך כלל מתאים לגדלים בצד הגדול ביותר של 0.05–0.1 מ"מ או יותר, כלומר. נסורת כזו, לפחות אחת מהממדים, היא גדולה מ-50 .. 100 מיקרומטר.

אבק הפלדה הנבחר ממולא בנוזל שמרטיב היטב את המתכת. זה יכול להיות מים רגילים - רצוי רוויים בחומרי שטח, כלומר סבון או חומר ניקוי אחר (הקצף מזיק כאן, אז זה צריך להיות קטן ככל האפשר!). אבל כדי למנוע קורוזיה מהירה של חלקיקי אבק ברזל, שיכולים פשוט "לאכול" אותם תוך כמה ימים, עדיף להשתמש בשמן מנוע נוזלי לפלדה. משק בית הוא די מתאים - מה המשמש לשימון מכונות תפירה. לחילופין, ניתן להשתמש בנוזל בלמים ששומר על תכונותיו בטווח טמפרטורות רחב מאוד. עם זאת, צריך לזכור שנוזל הבלמים הוא מאוד היגרוסקופי (למרות שזה לא כל כך חשוב כאן), ובכלי פתוח מתאדים ממנו שברים נדיפים שבשום פנים ואופן לא מועילים לבריאות - לכן עדיף לעבוד עם זה באזור מאוורר היטב או באוויר הפתוח.

ריכוז אבק הפלדה בנוזל חייב להיות, מצד אחד, לא גבוה מדי, כדי שהנוזל לא יהפוך סמיך וצמיג מדי, ומצד שני, לא נמוך מדי, אחרת תנועת החלקיקים המגנטיים לא תתרחש. להיות מסוגל לסחוף כל נפח ניכר של נוזל. הוא נבחר באופן אמפירי על ידי הוספת נסורת הדרגתית לנוזל, ערבוב יסודי ובדיקה בעזרת מגנט. עדיף להשאיר עודף קל של נוזל הבסיס מאשר לקבל את המחסור שלו, שכן במקרה האחרון ניידות החומר המתקבל יורדת בצורה ניכרת.

הניידות של חלקיקי נוזל מגנטי כזה נקבעת על פי גודל כוח הרטבת המתכת על ידי הנוזל, ש"מבודד" את חלקיקי המתכת זה מזה ומבטיח את תנועתם החופשית יחסית. חומרים פעילי שטח (חומרי שטח) מרטיבים את פני השטח של חלקיקי אבק אפילו טוב יותר, וזו הסיבה שהם משמשים בתכשירים "מקצועיים". בשדות מגנטיים חזקים, כוח המשיכה ההדדי של חלקיקים יכול לעלות על כוח ההרטבה, ואז החלקיקים יתחילו ליצור קשר ישיר זה עם זה, והנוזל "יתקשה", ויהפוך למשהו כמו חול רטוב. הערך הספציפי של החוזק הקריטי של השדה המגנטי תלוי הן בתכונות המגנטיות של המתכת המשמשת, והן בכוח הרטבת המתכת בנוזל הבסיס או בחומר הפעיל השטחי, כמו גם בטמפרטורה של הנוזל ובגודלו. חלקיקי המתכת (הגדולים יותר "נדבקים יחד" מהר יותר, מכיוון שיש להם שטח פנים ספציפי קטן יותר ליחידת מסה; בנוסף, נסורת גדולה שוקעת בקלות לתחתית, בעוד שחלקיקי אבק קטנים במיוחד יכולים להישמר בהשעיה על ידי התנועה הבראונית של המולקולות של נוזל הבסיס). כאשר השדה המגנטי מוסר, ניידות הנוזל תשוחזר אם המגנטיזציה השיורית אינה גדולה מדי.

לבסוף, יש לומר שהפרונוזל מאבק ברזל הוא לא רק סמיך מאוד, אלא גם בעל תכונות שוחקות גבוהות, ולכן זה בעייתי לשאוב אותו דרך כל צינורות, אבל זה יכול בקלות לפגוע במיסבים ובמשטחי העבודה של המשאבות השואבות. זה (סוג המשאבה האופטימלי הוא משאבת תזוזה של הילוכים הדומה למשאבות שמן במנועי רכב). פעולת השוחקים מצטמצמת באופן משמעותי אם המרווח בין חלקים הנעים זה לזה עולה על גודלם של החלקיקים הגדולים ביותר לפחות פי אחד וחצי עד פעמיים. במצב זה, צמד חומרים "מתכת קשה - פלסטיק אלסטי עמיד" עמידים מאוד בפני שחיקה. הפלסטיק חייב להיות אלסטי בדיוק, כמו גומי קשיח או פלואורפלסטי, אבל לא קשה כמו טקסטוליט או אבוניט (וכמובן, עמיד כימית לנוזל הבסיס).

עם זאת, במקרים רבים תכונות אלו של "נוזל מגנטי" אינן יסודיות, והשפעות רבות באות לידי ביטוי בו באותו אופן כמו בנוזלים מגנטיים "אמיתיים". בפרט, מגנט שנלחץ לתחתית, לאחר שחרורו, צף בהצלחה למרכז הנוזל גם דקות רבות לאחר השלמת שקיעת החלקיקים המגנטיים (עם זאת, בנוזל מושקע, עלייה זו יכולה להימשך מספר דקות או אפילו שעה (ות). אם אותו מגנט, להיפך, מונח על פני השטח, אז הוא ישקע, שוב נוטה למרכז הנוזל (ליתר דיוק, למרכז האזור שנכבש על ידי חלקיקי מתכת).

וההערה האחרונה. טלטול קל או דפיקה על דופן הכלי מגביר משמעותית את הניידות של ה"סלרי". אם לא מתחשק לך ללחוץ את הידיים, אז כל מקור של רטט חלש יתאים - עד לרמקול סאב-וופר, עליו אתה צריך להחיל אות חזק בתדר נמוך (אם כי ייתכן שבני הבית לא יאהבו את זה מאוד)! על "דוכן רטט" מאולתר שכזה, אפילו "סלורי" מיושב ובלתי פעיל מראה נזילות טובה. ♦

הטקסט של העבודה מוצב ללא תמונות ונוסחאות.
הגרסה המלאה של העבודה זמינה בלשונית "קבצי עבודה" בפורמט PDF

מבוא

יַעַד: להכין פרונוזל ולחקור את תכונותיו.

משימות:

למד על ferrofluid ( סוג של נוזל לא ניוטוני).

הכן פרונוזל.

ערכו ניסויים כדי לחקור את תכונותיו.

למד את היישום שלו.

לְהַסִיק.

הצג תוצאות.

הַשׁעָרָה: בבית, אתה יכול להכין פרונוזל וללמוד את תכונותיו.

היקף התוצאות:השתתפות בתחרויות מחקר

רלוונטיות:מגנטיות היא תופעה פיזיקלית שבה חומרים מפעילים כוח משיכה או דוחה על חומרים אחרים במרחק. לכדור הארץ שני קטבים מגנטיים ושדה מגנטי משלו. מגנטיםהוא חלק חשוב מחיי היומיום שלנו. מגנטיםהם מרכיבים חיוניים של מכשירים כגון מנועים חשמליים, רמקולים, מחשבים, נגני CD, תנורי מיקרוגל וכמובן מכוניות. מגנטיםמשמש בחיישנים, מכשירים, ציוד ייצור, מחקר מדעי. Ferrofluid הוא סוג של נוזל שאינו ניוטוני. זהו נוזל שנוצר באופן מלאכותי. נוזל זה משנה תכונות בתנאים מסוימים שאדם יכול לשלוט בהם.

חלק ראשי

2.1 חלק תיאורטי

נוזלים מגנטיים הם חומר טכנולוגי ייחודי המסונתז באופן מלאכותי עם תכונות נוזליות ונשלטות מגנטית.

Ferrofluid הומצא בשנת 1963 על ידי עובד נאס"א סטיב פאפל. הוא פתר בעיה מאוד ספציפית: איך לאלץ את הנוזל במיכל הדלק של הטילים להתקרב לחור שממנו שאבה המשאבה דלק לתא הבעירה בתנאים של חוסר משקל. או אז הגיעה פאפל לפתרון לא טריוויאלי – להוסיף לדלק חומר מגנטי כלשהו כדי לשלוט בתנועת הדלק במיכל בעזרת מגנט חיצוני. כך נולד פרונוזל.

ההרכב המינימלי של פרונוזל הוא: פרומגנט (לדוגמה, חלקיקים קטנים של מתכת מגנטית) וממס (לדוגמה, שמנים שונים). אבל נוזל כזה ישקע. כדי שזה לא יקרה, יש צורך להוסיף חומר משנה פני השטח (חומר שמונע מהפרומגנט להיצמד זה לזה, כמו חומצת לימון). נוזלים פרומגנטיים נחקרים על ידי ענף המדע כימיה קולואידית.

לנוזל מגנטי יש את כל היתרונות של חומר נוזלי - מקדם חיכוך נמוך במגע עם גוף מוצק, יכולת לחדור למיקרו-נפחים, יכולת להרטיב כמעט כל משטח וכו'. יכולת שליטה על נוזל מגנטימאפשר לך להחזיק אותו במקום הנכון של המכשיר בהשפעת שדה מגנטי.

2.2 חלק מעשי:

בחלק המעשי של העבודה ניסיתי להכין פרונוזל ולראות איך הוא משתנה בנוכחות מגנט.

2.2.1 חומרים וכלים:

אבקת טונר, מפתח, שבבי ברזל, אבקה מגנטית;

שמן מכונות, שמן חמניות;

חומצה לימון;

מגנטים ניאודימיום: מכונן קשיח רגיל למחשב, מרמקול קול, מגנט טבעת ניאודימיום שנרכש בחנות מתמחה;

בקבוק, משפך, משטחים שונים, שקית ניילון, כפפות, שרביט;

פנקס, עט, מצלמה, מחשב נייד.

2. 2.2 ניסוי מס' 1 השגת פרונוזל מאבקת טונר ושמן מכונות

ישנם אתרים רבים באינטרנט המתארים שיטה להפקת פרופלואיד מאבקת טונר ושמן מכונות ביחס של שליש מאבקת הטונר, שאר שמן המכונות. לקחתי אחי אבקת טונר לייזר ושמן מכונות. מעורבב בבקבוק פלסטיק. לאחר הערבוב החזקתי את המגנט וכלום לא קרה. הנוזל התברר, אך לא היו לו תכונות מגנטיות. אם לנוזל היו תכונות מגנטיות, הוא היה מתמצק ומשנה את צורתו כשהמגנט נע. החוויה הסתיימה בכישלון.

2.2.3 ניסוי מס' 2 השגת פרונוזל מאבקת טונר, שמן מפתח ושמן מכונות

מהניסיון הראשון הגעתי למסקנה שהטונר בו נעשה שימוש אינו פרומגנט. במדפסות לייזר מודרניות משתמשים במפתח לממגנט דיו - אבקה מגנטית מיוחדת. בנוזל שהתקבל בניסוי הראשון הוספתי שליש מנפח המפתח. כשהעליתי את המגנט, הנוזל יצר תלולית כמעט בלתי מורגשת ו לֹאמוּקשֶׁה. התוצאה הייתה נוזל בעל תכונות פרומגנטיות חלשות. החוויה הסתיימה בכישלון.

2.2.4 ניסוי מס' 3 השגת פרונוזל משבבי ברזל ושמן מכונות

לאחר שני הניסויים הראשונים שנכשלו, חשבתי על חוזק המגנט. בעזרתו אני בודק נוכחות של תכונות מגנטיות. לבדיקת הנוזל השתמשתי בשני מגנטים: מגנט מרמקול קול ומגנט ניאודימיום מכונן קשיח שכבר לא עובד למחשב (HDD). כדי לוודא שהנוזל הפרומגנטי לא יתקבל בגלל תכונות הפרומגנט בנוזל, ולא המגנט, הוספתי לתמיסה שהתקבלה סיבי ברזל רגילים ( פסולת מעבודה על מכונת עיבוד מתכת). המגנט משך את כל יסודות הברזל של הנוזל לקיר! תכונות מגנטיות הופיעו, אבל כל מה שערבבתי בקושי יכול להיקרא נוזל. הניסוי שוב הסתיים בכישלון.

2.2.5 ניסוי מס' 4 השגת פרונוזל מאבקה מגנטית ושמן חמניות

אז כדי להשיג נוזל פרומגנטי, אתה צריך פרומגנט טוב! בחנות המתמחה עולם המגנטים רכשתי אבקת ברזל מגנטית מיוחדת לניסויים.

2.2.6 ניסוי מס' 5 השגת פרונוזל מאבקה מגנטית, חומצת לימון ושמן חמניות.

על מנת שהנוזל הפרומגנטי לא יתפרק, מוסיפים לו חומר פעיל שטח (סurfactant). כחומר פעיל שטח, בחרתי בחומצת לימון.

2.2.7 ניסוי מס' 6 חקר תכונותיו של פרונוזל. שליטה מגנטית.

כדי ללמוד את תכונות הנוזל שנוצר, השתמשתי במגנט ניאודימיום.

מגנטים וכלים	כשהבאתי את המגנט לדופן הבועה עם נוזל פרומגנטי, חלק מהנוזל התמגנט לקיר, התקשה ושינה את צורתו (ראו תמונה)
כשהנחתי את המגנט בתחתית והפכתי את הבקבוקון, כל תכולתו הפכה למוצקה ולא זרמה מלמעלה למטה.	כשהסרתי את המגנט, המוצק החל להפוך לנוזל ולזכוכית מלמעלה למטה.
בעזרת פיפטה יצקתי חלק מהפרונוזל על גבי דיסק פלסטיק.	שימו לב - זה נוזל!!!
הנה מה שקרה לנוזל שהושפע מהמגנט. הצורה דומה למחטי קיפוד.	כשהמגנט זז, חלק מהנוזל המוצק נע איתו, השאר התחילו לקבל צורה נוזלית.
אחותי הקטנה רצתה לעשות חתול פרומגנטי שיכול לעמוד על הקצה.	על דיקט מכוסה בנייר כסף, בעזרת פלסטלינה, הכנתי קווי מתאר של חתול ומילאתי ​​אותו בפרונוזל שלי באמצעות פיפטה
זה מה שקרה כשהמגנט הובא מלמטה	...זנב על קצה...
הקיפוד הפרומגנטי שלי	חוקרים…..

2.2.8 ניסוי מס' 7 חקר תכונותיו של פרונוזל. יכולת חדירת מיקרו-נפחים(חסימה של החור )

בניסוי האחרון ניסיתי להבין איך לסגור חורי דליפה עם מגנט חיצוני. כדי לעשות זאת, יצקתי תחילה את הנוזל שלי לתוך בקבוק פלסטיק עם חור גדול בתחתית. אחר כך הוא הביא את המגנט לקיר ליד החור והרים את הבקבוק. הנוזל שהתקשה בפעולת המגנט מנע משאר החלק הנוזלי לזרום החוצה. ברגע שהסרתי את המגנט, הכל זרם מהבקבוק.

2.3 יישום מעשי

יישום של פרונוזלים:

1. על בסיס נוזל פרומגנטי, ציפויים סופגי מכ"ם עשויים למטוסים.
2. יוצרי הפרארי המפורסמת משתמשים בנוזל מגנטוריאולוגי בהשעיה של מכונית: על ידי מניפולציה של מגנט, הנהג יכול להפוך את המתלה לקשיח יותר או רך יותר בכל עת.
3. Ferrofluid משמש בטוויטר מסוימים כדי להסיר חום מסליל הקול. במקביל, הוא פועל כמשתיק מכני, המדכא תהודה לא רצויה. הפרו-נוזל מוחזק במרווח מסביב לסליל הקול על ידי שדה מגנטי חזק, תוך שהוא במגע עם שני המשטחים המגנטיים והסליל בו זמנית.
4. ל-Ferrofluids יש יישומים רבים באופטיקה בשל תכונות השבירה שלהם. בין היישומים הללו היא מדידת הצמיגות הספציפית של נוזל המונח בין מקטב לנתח, מואר בלייזר ניאון הליום.
5. כנוזל עבודה בחיישני הטיה ובמדי תאוצה.
6. במפרידים מגנטיים להפרדה והפרדה של חומרים בעלי צפיפויות שונות. לנוזל מגנטי יש עוד תכונה מדהימה, ייחודית באמת. בו, כמו בכל נוזל, צפים גופים צפופים פחות וגופים צפופים ממנו שוקעים. אבל אם אתה מפעיל עליו שדה מגנטי, אז הגופים הטובעים מתחילים לצוף. יתרה מכך, ככל שהשדה חזק יותר, כך עולים גופים כבדים יותר אל פני השטח. על ידי הפעלת שדה מגנטי בעוצמה שונה, אפשר לגרום לגופים לצוף בצפיפות מסוימת. תכונה זו של הנוזל המגנטי משמשת כעת להעשרת עפרות. הוא טובע בנוזל מגנטי, ואז, עם שדה מגנטי הולך וגדל, סלע ריק נאלץ לצוף, ולאחר מכן חתיכות עפרה כבדות. למשל, להפריד בין זהב לרכז.
7. לניקוי משטחי מים ממוצרי שמן במקרה של דליפות חירום ואסונות.
8. מכשירי הדפסה וציור. ישנם מכשירי הדפסה וציור הפועלים על נוזל מגנטי. לצבע מוסיפים מעט נוזל מגנטי, ואת הצבע הזה מתיזים בזרם דק על הנייר המתוח לפניו. אם הסילון אינו מוסט על ידי שום דבר, ישרטט קו. אבל אלקטרומגנטים ממוקמים בדרכו של הזרם, כמו האלקטרומגנטים המסיטים של קינסקופ טלוויזיה. את תפקיד זרימת האלקטרונים כאן ממלא טפטוף דק של צבע עם נוזל מגנטי - אלקטרומגנטים דוחים אותו, ואותיות, גרפיקה וציורים נשארים על הנייר.

3. מסקנה

מסקנות

1. בבית, אתה יכול להכין פרונוזל וללמוד את תכונותיו.
2. הצלחת הניסויים תלויה בחוזק המגנט ובאיכות הפרומגנט. אם אתה משתמש באבקת טונר או מפתח מדפסת, אתה צריך להיות בטוח שהוא מכיל אבקה מגנטית.
3. בעזרת מגנט ניתן לראות חלק מתכונותיו של פרונוזל ולהבין כיצד פועלים מנגנונים שונים.

רשימת מקורות וספרות בשימוש

1. איך להכין פרונוזל בבית? ויקטורובה ל.
2. ("NiZh", 2015, מס' 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
3. MAGNETIC LIQUID, I. Senatskaya, מועמד למדעי הכימיה 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 - מה זה ואיך להכין פרופלואיד משלך http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/