Začnite vo vede. Ako vytvoriť magnetickú tekutinu z oleja a železného prášku Ako vyrobiť feromagnetickú tekutinu doma

Ferrofluid, aka magnetická kvapalina- mimoriadne záhadná a kuriózna vec. Prvýkrát som to videl asi pred desiatimi rokmi, v parížskom múzeu vedy a techniky, kde jedným z exponátov bola tesne uzavretá sklenená nádoba s olejovou čiernou tekutinou vo vnútri. Neďaleko ležal pár magnetov. Keď ich vniesli do nádoby, tekutina zareagovala, postavila sa ako ježko a vytvorila obraz dosť hrozivo vyzerajúcich hrotov, opakujúcich tvar magnetu. Nechýbal ani krátky popis, čo to je a s čím to jedia. Vtedy som sa dozvedel názov – ferrofluid. Samozrejme, že po tom vášnivo túžil, ale potom neexistovali absolútne žiadne nápady, kde by sa to dalo získať, ani možnosti na to. A teraz, o desať rokov neskôr...

Ferrofluid je v skutočnosti suspenzia feromagnetických nanočastíc (zvyčajne magnetitu), veľkosti asi 10 nm (menej často väčšej), zmiešaných v povrchovo aktívnej látke (organické rozpúšťadlo, ako je kyselina olejová alebo voda), ktoré tvoria určitý druh filmu. okolo nanočastíc a nedovoľte, aby sa zlepili. Vplyvom magnetického poľa sa častice zoraďujú pozdĺž jeho línií a vytvárajú tieto charakteristické ihly. V zásade je nepravdepodobné, že sa mi podarí popísať vlastnosti ferrofluidu lepšie ako na Wiki, preto odkazujem tých, ktorí sa chcú dozvedieť viac o teórii tam.

Našiel som cennú nádobu, ktorú som hľadal na eBay, ako mnoho iných vecí. Nebol som veľmi spokojný s cenovkou, ale prakticky neexistovali žiadne alternatívy (mimochodom, na supermagnete.de je to štyrikrát drahšie), takže som si ho musel objednať. A teraz, o mesiac neskôr, mám konečne nádobu. 8 uncí tej divnej čiernej veci.
Prvá vec, ktorá sa zistila, bola, že sa divoko zašpinila. Ak sa kvapka ferrofluidu dostane na svetlé oblečenie, túto škvrnu neodstráni NIC. A pri práci s ním je veľmi, veľmi vhodné nosiť rukavice. Po druhé, divoko špliecha. Kvapky sa našli na tých najnepredvídateľnejších miestach. A do tretice, vďaka kombinácii prvých dvoch vlastností tento téglik dlho nevydrží :)

V skutočnosti, ako sa ukázalo po niekoľkých experimentoch, na získanie skutočne zaujímavých obrázkov rozloženia častíc je potrebné mať výkonné elektromagnety a figúrky so zložitým tvarom hrany (ako sú vrtáky, ozubené kolesá atď.) dobrý spôsob, ako musí byť elektromagnet navinutý práve na tento predmet. Zábava s permanentnými magnetmi je zaujímavá, ale po prvé, moje magnety sú dosť slabé na získanie veľkých obrázkov a po druhé, je to zábava asi na päť minút, pretože správanie kvapaliny je dosť monotónne.

Napriek tomu sa nám zatiaľ podarilo vymyslieť viac-menej farebnú možnosť použitia permanentných magnetov s ferrofluidom: magnet treba priviesť nie zdola, ale zhora (samozrejme cez vrstvu skla alebo plastu), a potom môžete pozorovať, ako zo stredu misky s ferrofluidom vyrastie stĺpec a sklo pod magnetom sa začne zježiť ihličkami tečúcej tekutiny. Okrem toho gravitačná sila, ktorá sťahuje kvapalinu nadol, výrazne zväčšuje dĺžku ihiel.

Ferrofluid sa mimoriadne ťažko dobre fotografuje. Kvôli veľmi ostrému lesklému odrazu svetla a úplnej čiernej v akejkoľvek nápadne hrubej vrstve (mimochodom, vo veľmi tenkej vrstve je hnedá), je ťažké fotografovať hranice hrotov. Nakoniec som však prišiel na to, čo robiť: strieľať s rýchlosťou uzávierky asi päť sekúnd a počas tejto doby mávať baterkou, ktorá osvetľuje ježka vyrobeného z prilepeného ferrofluidu z rôznych strán.

Mimochodom, môžete sa pokúsiť vyrobiť ferrofluid sami. Keďže som to ešte neskúšal, nebudem sa rozpisovať, ale keď sa k tomu dostanem, určite napíšem čo a ako. Hlavná ťažkosť spočíva v potrebe odstredenia suspenzie, ale môžete sa pokúsiť vystačiť si s improvizovanými prostriedkami, pretože odstredivka aj tak neexistuje.

Zvlášť by som chcel spomenúť ferrofluidné sochy. To je to, o čo sa budem snažiť a čo chcem v konečnom dôsledku od neho dostať. Veľmi fascinujúci pohľad, najmä tie levitujúce.

Tonery nachádzajúce sa v náplniach do tlačiarní majú zaujímavé magnetické vlastnosti, s ktorými môžete vo svojom voľnom čase experimentovať. Efekt, ktorý vytvárajú, je veľmi zaujímavý, pretože kvapalina sa začína ťahať smerom k magnetu a navyše jednotlivé prvky vytvárajú bizarné geometrické tvary. Pravda, nie všetky tonery sú vhodné na opakovanie tohto podrobného návodu. Potrebné budú iba tmavé tonery, pretože farebné tonery sa vyrábajú bez použitia tmavých magnetických častíc.

Materiály

Na výrobu magnetickej tekutiny vlastnými rukami budete potrebovať:

  • hrubý list papiera;
  • ochranné rukavice;
  • ochranná maska;
  • prázdny sklenený pohár;
  • plastová nálepka na miešanie;
  • zeleninový olej;
  • lyžica;
  • širokú plastovú nádobu, napríklad tanier.

Krok 1. Kazetu veľmi opatrne otvorte, aby ste z nej vysypali toner do skleneného pohára. Celkovo budete potrebovať asi 50 mm tekutiny. Ak chcete skontrolovať, či má tekutina, ktorú ste si vybrali, magnetické vlastnosti, stačí prejsť magnetom po stene pohára. Ak je aktivovaný, experiment môže pokračovať.

Tekutý toner nie je zdraviu škodlivý, pokiaľ ho nevdýchnete alebo nevypijete. Preto pred vykonaním tejto práce musíte nosiť ochranné rukavice a masku. Týmto spôsobom znížite pravdepodobnosť otravy, ak sa vám tekutina náhodou dostane na ruky.

Krok 2. K objemu tovaru, ktorý ste už dostali, musíte pridať dve polievkové lyžice rastlinného oleja. Pomocou plastovej nálepky dôkladne premiešajte zmes, ktorú ste dostali. Ak chcete pokračovať v experimente, musí byť homogénny.

Krok 3. Výslednú magnetickú kvapalinu musíte opatrne naliať do širokej nádoby. To je presne to, čo je potrebné, aby ste videli všetko, čo sa stane s výslednou magnetickou tekutinou.

Priložte magnet zo spodnej časti taniera smerom von. Venujte pozornosť tomu, čo sa deje vo vnútri nádoby. V mieste kontaktu magnetu by sa kvapalina mala zhromažďovať v objemnom tuberkule v tvare ježka. Sú to magnetické častice, ktoré výrobcovia pridávajú do tonera. Môžu byť menšie alebo väčšie, čo opäť závisí od výrobcu.

Krok 4. S touto tekutinou môžete vytvoriť magnetický vzor. Aby ste to dosiahli, musíte naliať časť tekutiny na hrubý papier a držať magnet na zadnej strane. Pohybom zo strany na stranu budete kresliť.

Ak tonerom zašpiníte nejaké predmety alebo nábytok, všetko opláchnite studenou vodou, mali by ste to bez problémov zvládnuť. V žiadnom prípade nepoužívajte horúcu vodu, pigment zafixuje a znemožní jeho vymytie.

Je to už 52 rokov, čo zamestnanec NASA Steve Papell vynašiel ferrofluid. Riešil veľmi špecifický problém: ako v stave beztiaže prinútiť kvapalinu v palivovej nádrži rakety priblížiť sa k otvoru, z ktorého čerpadlo pumpovalo palivo do spaľovacej komory. Vtedy Papell prišiel s netriviálnym riešením – pridaním akejsi magnetickej látky do paliva s cieľom ovládať pohyb paliva v nádrži pomocou externého magnetu. Takto sa zrodila feromagnetická kvapalina.

Papell ako magnetickú látku použil magnetit (Fe 3 O 4), ktorý špeciálnou technológiou (mletý v zmesi s kyselinou olejovou) drvil mnoho dní. Výsledkom bola stabilná koloidná suspenzia, v ktorej stabilne existovali drobné častice magnetitu s veľkosťou 0,1 až 0,2 mikrónu. Kyselina olejová v tomto systéme zohrávala úlohu povrchového modifikátora, ktorý zabránil zlepeniu častíc magnetitu. Patent S. Papella US 3215572 A (Nízkoviskózna magnetická kvapalina získaná koloidnou suspenziou magnetických častíc) je otvorený a možno si ho pozrieť na internete. Klasické zloženie feromagnetickej tekutiny je 5% (objemových) magnetických častíc, 10% povrchového modifikátora (kyselina olejová, citrónová alebo polyakrylová atď.). Zvyšok tvorí organické rozpúšťadlo vrátane tekutých olejov.

V posledných rokoch ožil záujem o magnetické tekutiny a dnes už našli mnoho aplikácií. Ak použijete takúto kvapalinu na neodymový magnet, magnet sa bude kĺzať po povrchu s minimálnym odporom, to znamená, že trenie sa prudko zníži. Rádioabsorbujúce nátery pre lietadlá sa vyrábajú v USA na báze feromagnetickej kvapaliny. A tvorcovia slávneho Ferrari používajú magnetoreologickú kvapalinu v odpružení auta: manipuláciou s magnetom môže vodič pruženie kedykoľvek stvrdnúť alebo zmäknúť. A to je len niekoľko príkladov.

Magnetická tekutina je úžasný materiál. Akonáhle ho umiestnite do magnetického poľa, rozptýlené magnetické častice sa spoja a zoradia pozdĺž siločiar, čím sa premenia na úplne pevnú látku. Dnes sa triky s magnetickou tekutinou, ktorá sa po kontakte s magnetom zmení na ježkov alebo kaktusy, ktoré sú z hľadiska symetrie bezchybné, predvádzajú mnohé zábavné programy. Samozrejme, môžete si kúpiť feromagnetickú kvapalinu, ale oveľa zaujímavejšie je vyrobiť si ju sami.

Písali sme o tom, ako získať samotvrdnúcu magnetickú tekutinu, ktorá vám umožní skúmať štruktúry tvorené magnetickými časticami pod mikroskopom („Chémia a život“, 2015, č. 11) A tu je ďalší recept na domácu feromagnetická kvapalina. Vezmite 50 ml tonera do laserovej tlačiarne. Tento prášok pozostáva z najmenej 40 % magnetitu, ktorého veľkosť častíc je 10 nanometrov alebo menej. Toner nevyhnutne obsahuje aj povrchový modifikátor, aby sa nanočastice nezlepili. Pridajte 30 ml rastlinného oleja (dve polievkové lyžice) do 50 ml tonera a dôkladne premiešajte, pričom v tomto procese nešetríte čas. Výsledkom bude čierna homogénna kvapalina podobná kyslej smotane. Teraz ho nalejte do plochej sklenenej nádoby so stranami tak, aby hrúbka vrstvy bola aspoň centimeter. Umiestnite magnet pod dno nádoby a v kvapaline sa na tomto mieste okamžite objaví tvrdý ježko. Dá sa posúvať pomocou magnetu. Ak privediete magnet k povrchu kvapaliny alebo zboku, kvapalina doslova vyskočí smerom k magnetu, takže buďte opatrní. Aby ste predišli tomuto problému, môžete umiestniť magnetickú tekutinu do malej sklenenej kužeľovej banky a naplniť ju do polovice alebo o niečo menej. Nakloňte banku, aby ste vytvorili vrstvu kvapaliny pozdĺž steny banky a pridržte magnet blízko skla.

Úspech závisí od sily magnetu (malý neodýmový magnet sa dá kúpiť v obchodoch) a kvality tonera. V druhom prípade si musíte byť istí, že obsahuje magnetický prášok.

Pojem „magnetická tekutina“ zvyčajne znamená tekutinu, ktorá je priťahovaná magnetom, to znamená, že reaguje na magnetické pole. Navyše v silných magnetických poliach môže táto kvapalina stratiť svoju tekutosť a stať sa podobnou pevnému telesu. Mnohí už o takýchto látkach počuli, no väčšina ich považuje za exotický a drahý high-tech produkt, ktorý je dostupný len niekoľkým šťastlivcom. To je pravda, ale len čiastočne. Niekedy úplne postačí menej kvalitný, no viac ako cenovo dostupný produkt vyrobený za pár minút doslova z odpadu.

DIY magnetická tekutina

Výroba magnetickej tekutiny chemickými prostriedkami

Aby ste to dosiahli, musíte mať nasledujúce vybavenie a chemické sklo.

  1. Lekárenská váha so sadou závaží.
  2. Dve banky (okrúhle alebo ploché dno).
  3. Kadička.
  4. Filtračný papier a lievik.
  5. Pomerne silný magnet, najlepšie prstencový (z reproduktora).
  6. Malý (laboratórny) elektrický sporák.
  7. Porcelánová šálka 150-200 ml.
  8. Teplomer s rozsahom merania teploty do 100°C.
  9. Indikátorový papierik.
  10. Na získanie kvalitnejšej magnetickej tekutiny budete potrebovať malú stolnú odstredivku (4000 ot./min.). Pri miernych požiadavkách na výsledný produkt sa však môžete zaobísť bez odstreďovania alebo skúsiť nahradiť odstreďovanie dlhodobým usadzovaním.

Okrem toho sú potrebné nasledujúce činidlá.

  1. Soli dvoj- a trojmocného železa (chlór FeCl 2, FeCl 3 alebo síran FeSO 4, Fe 2 (SO 4) 3).
  2. Amoniakálna voda 25% koncentrácia (amoniak).
  3. Sodná soľ kyseliny olejovej (olejové mydlo) ako povrchovo aktívna látka. Môžete skúsiť nahradiť kyselinu olejovú nízkopenivými čistiacimi prostriedkami.
  4. Destilovaná voda. Namiesto destilovanej vody môžete použiť vodu vyčistenú systémom reverznej osmózy (vrátane vody pre domácnosť, ale za predpokladu, že tento systém nemá „vylepšujúcu“ post-kartridžu, ktorá obohacuje už vyčistenú vodu o soli a mikroelementy). Čistená pitná voda vo fľašiach z obchodu nebude fungovať - ​​zvyčajne je „vylepšená“ rôznymi mikroaditívami; z rovnakých dôvodov nie je vhodná prírodná pramenitá a artézska voda.

Tu je stručný súhrn tejto techniky. Údaje sú uvedené na 10 gramov pevnej magnetickej fázy (magnetitu) v magnetickej kvapaline.

1. Rozpustite 24 gramov železitej soli (chloridovej alebo síranovej) a 12 gramov soli dvojmocného železa (chlorid alebo síran) v 500 ml destilovanej vody (možné pri miernom zahrievaní a miernom miešaní).
2. Výsledný roztok sa prefiltruje pomocou lievika do inej banky cez filtračný papier, aby sa oddelili mechanické nečistoty.
3. Po prvom prepláchnutí vodou nalejte (opatrne!) do prvej banky asi 100–150 ml čpavkovej vody (lepšie je robiť pod prievanom alebo na vzduchu).
4. Veľmi opatrne tenkým prúdom nalejte prefiltrovaný roztok z druhej banky do prvej banky obsahujúcej čpavkovú vodu a dôkladne pretrepte.
Hnedo-oranžový roztok sa okamžite zmení na čiernu suspenziu. Pridajte trochu destilovanej vody a banku so vzniknutou zmesou položte na pol hodiny na permanentný magnet.
5. Potom, čo výsledné častice magnetitu spadnú na dno banky vo forme „dažďa“ vplyvom magnetického poľa, opatrne vylejte asi dve tretiny roztoku do odtoku, sediment pridržte magnetom a nalejte destilovaný znovu do banky vodu. Dobre pretrepte a znova priložte na magnet. Opakujte operáciu, kým pH roztok nedosiahne 7,5–8,5 (jemne zelená farba indikátorového papierika Lachema po navlhčení premývacím roztokom).
6. Po vyčerpaní posledného premývacieho roztoku z dvoch tretín sa zahustená suspenzia prefiltruje cez papierový filter na lieviku a výsledná čierna zrazenina sa zmieša so 7,5 gramami sodnej soli kyseliny olejovej.
7. Zmes dáme do porcelánového hrnčeka a za stáleho miešania zahrievame na elektrickom sporáku na 80 °C na hodinu.
8. Výsledná čierna melasa sa ochladí na izbovú teplotu. Pridajte 50–60 ml destilovanej vody a dôkladne premiešajte výsledný koloidný systém.
9. Melasu zriedenú vodou odstreďujte jednu hodinu pri 4000 ot./min. alebo pohár s ňou opäť položte na prstencový magnet. Odstreďovanie môžete skúsiť nahradiť usadením na chladnom mieste na niekoľko dní, ale v tomto prípade musí byť banka skutočne nehybná (napríklad električkové koľaje prechádzajúce v blízkosti strácajú zmysel pre dlhodobé usadzovanie, to isté platí pre podlahy v bežných multi- poschodové budovy, ktoré nemajú potrebnú tuhosť a masívnosť).
10. Výslednú magnetickú kvapalinu nalejte do kadičky a umiestnite magnet von. Tekutina bude nasledovať. Po odstránení magnetu zostane na skle stopa tekutiny. Mal by byť hnedo-oranžovej farby a bez cudzích častíc.
11. Vodnú magnetickú kvapalinu je vhodné skladovať vo svetloodolnej nádobe na chladnom mieste.

Pred začatím výroby vám odporúčam pozrieť sa na stránku http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html, je tam opísaná rovnaká technika a na konci sa autor stránky podelí o svoje skúsenosti. Ako povrchovo aktívnu látku použil najmä najbežnejšiu „Fairy“ (prostriedok na umývanie riadu). Hlavná vec je venovať osobitnú pozornosť bezpečnostným odporúčaniam a dbať na potrebnú opatrnosť!

Mechanická výroba magnetickej tekutiny

Medzitým môže takmer každý vyrobiť kvapalinu, ktorá je celkom prijateľná pre niektoré aplikácie a reaguje na magnetické pole - bez akýchkoľvek činidiel a len za pár minút. Ešte raz zdôrazním – len pre niektoré a jeho kvalita je podstatne horšia ako u chemicky. Najmä konzistencia produktu je taká, že ho možno skôr nazvať nie „kvapalina“, ale „kaša“. A čas depozície magnetických častíc je pomerne krátky - zvyčajne od niekoľkých sekúnd do niekoľkých minút. Ale žiadna chémia ani exotické technológie – len preosievanie a miešanie. Mimochodom, keď sa ľudia v polovici 20. storočia prvýkrát začali zaujímať o magnetické tekutiny, ich úplne prvé vzorky boli získané približne týmto spôsobom.

Na výrobu takejto „magnetickej kaše“ stačí nazbierať potrebné množstvo malých oceľových pilín. Čím jemnejšie, tým lepšie, takže najvhodnejší je oceľový prach zostávajúci po práci s brúskou alebo brúskou. Prach sa zachytáva magnetom (nie príliš silným - ani nie tak na zamedzenie veľkej zvyškovej magnetizácie, ale preto, aby k nemu železné piliny tak intenzívne neinklinovali a nosili so sebou menej nemagnetického prachu). Potom, aby sa preosiala nečistota a veľké frakcie, zozbieraný materiál sa môže preosiať cez tkaninu (povedzme vložiť do látkového vrecka a pretrepať cez rozprestreté noviny; magnet sa opäť umiestni na noviny trochu nabok, toto čas je lepší silnejší magnet, ktorý zachytí čiastočky oceľového prachu, ktoré prekĺzli cez látku a jemné nemagnetické nečistoty lietajú priamo dole okolo magnetu, veľké čiastočky špiny a veľké oceľové piliny neprejdú cez látku a zostanú vo vrecku) . Čím je látka hustejšia, tým jemnejší bude preosiaty prach, no tým dlhšie budete musieť vrecúško triasť. Na mechanizáciu procesu sa môžete pokúsiť vyfúknuť prachové častice cez tkaninu vrecka pomocou výfuku vysávača, ale bude to vyžadovať prípravu zariadení na usmerňovanie, vychyľovanie a hasenie prúdu vzduchu vychádzajúceho z vrecka (napr. , z prázdnych plastových fliaš na pitnú vodu, najlepšie so širokým hrdlom a objemom 5-8 litrov). Preto stojí za to premýšľať o „mechanizovanej“ možnosti len pre pomerne veľké objemy vyrobeného „produktu“, merané v litroch, a pre niekoľko gramov magnetickej tekutiny, čo je úplne postačujúce pre väčšinu experimentov a mnoho praktických aplikácií. nepravdepodobné, že by to bolo opodstatnené. Odstreďovanie v kvapaline samozrejme zabezpečí oveľa lepšie oddelenie častíc, ale hustú tkaninu a vysávač nájdeme takmer v každej domácnosti, no z nejakého dôvodu nie sú odstredivky s niekoľko tisíc otáčkami za minútu také rozšírené. Ak je zozbieraný prach dostatočne čistý a homogénny a požiadavky na kvalitu „magnetickej kaše“ sú veľmi nízke, potom sa preosievanie nemusí vykonávať vôbec.

Ešte raz zdôrazním - oceľové častice by mali byť čo najmenšie. Na získanie jemného oceľového prachu použite jemnozrnný (dokončovací) brúsny kotúč. Ako pomôcku môžeme ponúknuť nasledovné: pri starostlivom skúmaní voľným okom nie je možné určiť tvar prachových častíc, na bielom papieri vyzerajú ako drobné bodky. Ak viete určiť tvar a orientáciu pilín, potom sú takéto piliny príliš veľké, veľmi rýchlo sa usadia a budú prakticky nehybné! Ale takéto veľké piliny je vhodné použiť v suchej forme na štúdium magnetických siločiar. Kritérium by sa malo považovať za veľkosť, keď je možné rozlíšiť smer „pozdĺž“ a „prieč“ pilín podlhovastého tvaru - pri normálnom videní to zvyčajne zodpovedá rozmerom na najväčšej strane 0,05–0,1 mm alebo viac, t.j. takéto piliny sú aspoň v jednom z rozmerov väčšie ako 50...100 mikrometrov.

Vybraný oceľový prach je naplnený kvapalinou, ktorá dobre zmáča kov. Môže to byť obyčajná voda - najlepšie nasýtená povrchovo aktívnymi látkami, to znamená mydlom alebo iným čistiacim prostriedkom (penenie je škodlivé, preto by ho malo byť čo najmenej!). Aby sa však zabránilo rýchlej korózii častíc železného prachu, ktoré ich môžu jednoducho „zjesť“ za niekoľko dní, je lepšie použiť tekutý strojový olej na oceľ. Domáce veci sú celkom vhodné - niečo, čo sa používa na mazanie šijacích strojov. Voliteľne môžete použiť brzdovú kvapalinu, ktorá si zachováva svoje vlastnosti vo veľmi širokom rozsahu teplôt. Treba však pamätať na to, že brzdová kvapalina je veľmi hygroskopická (aj keď to tu nie je také dôležité) a v otvorenej nádobe sa z nej odparujú prchavé frakcie, ktoré v žiadnom prípade nie sú zdraviu prospešné, takže je lepšie pracovať s na dobre vetranom mieste alebo na čerstvom vzduchu.

Koncentrácia oceľového prachu v kvapaline by na jednej strane nemala byť príliš vysoká, aby kvapalina nebola príliš hustá a viskózna, a na druhej strane by nemala byť príliš nízka, inak nebude pohyb magnetických častíc byť schopný niesť so sebou akýkoľvek viditeľný objem kvapaliny. Vyberá sa experimentálne postupným pridávaním pilín do kvapaliny, dôkladným premiešaním a kontrolou magnetom. Je lepšie ponechať mierny nadbytok základnej tekutiny, ako jej nedostatok, pretože v druhom prípade sa pohyblivosť výslednej látky veľmi výrazne znižuje.

Pohyblivosť častíc takejto magnetickej tekutiny je určená veľkosťou sily zmáčania kovu kvapalinou, ktorá „izoluje“ kovové častice od seba a zabezpečuje ich relatívne voľný pohyb. Povrchovo aktívne látky (tenzidy) ešte lepšie zmáčajú povrch prachových častíc, preto sa používajú v „profesionálnych“ kompozíciách. V silných magnetických poliach môže sila vzájomnej príťažlivosti medzi časticami prekročiť zmáčaciu silu a častice potom začnú prichádzať do priameho vzájomného kontaktu a kvapalina „stvrdne“ a bude trochu podobná vlhkému piesku. Špecifická hodnota kritickej intenzity magnetického poľa závisí tak od magnetických vlastností použitého kovu, ako aj od zmáčacej sily kovu základnou kvapalinou alebo povrchovo aktívnou látkou, ako aj od teploty kvapaliny a veľkosti kovových častíc. (väčšie sa rýchlejšie „zlepia“, pretože majú menší špecifický povrch na jednotku hmotnosti; navyše veľké piliny sa ľahko usadia na dne, zatiaľ čo obzvlášť malé prachové častice sa môžu udržiavať v suspenzii Brownovým pohybom molekúl základná kvapalina). Po odstránení magnetického poľa sa pohyblivosť kvapaliny obnoví, ak zvyšková magnetizácia nie je príliš veľká.

Na záver treba povedať, že magnetická kvapalina zo železného prachu je nielen veľmi hustá, ale má aj vysoké abrazívne vlastnosti, takže je problematické ju pumpovať cez akékoľvek rúrky, ale ľahko môže poškodiť ložiská a pracovné plochy čerpadiel. jeho čerpanie (optimálne Typ čerpadla je zubové objemové čerpadlo, podobne ako olejové čerpadlá v motoroch automobilov). Abrazívny účinok sa výrazne zníži, ak vôľa medzi navzájom pohyblivými časťami presahuje veľkosť najväčších častíc aspoň jeden a pol až dvakrát. Dvojica materiálov „tvrdý kov – odolný elastický plast“ je v tejto situácii veľmi odolná voči opotrebovaniu. Plast by mal byť elastický, ako tvrdá guma alebo fluoroplast, ale nie taký tuhý ako textolit alebo ebonit (a samozrejme chemicky odolný voči účinkom základnej kvapaliny).

V mnohých prípadoch však tieto vlastnosti „magnetickej tekutiny“ nie sú zásadné a mnohé efekty sa v nej prejavujú rovnako ako v „skutočných“ magnetických tekutinách. Najmä magnet pritlačený ku dnu sa po uvoľnení úspešne vznáša do stredu kvapaliny aj mnoho minút po ukončení ukladania magnetických častíc (hoci v usadenej kvapaline môže tento vzostup trvať niekoľko minút, ba aj hodín) . Ak je naopak ten istý magnet umiestnený na povrchu, potom klesne a opäť bude smerovať do stredu kvapaliny (presnejšie do stredu oblasti obsadenej kovovými časticami).

Jedna poznámka na záver. Ľahké trasenie alebo poklepanie na stenu nádoby výrazne zvyšuje pohyblivosť „kvapaliny“. Ak sa vám nechce triasť rukami, postačí akýkoľvek zdroj slabých vibrácií – dokonca aj subwooferový reproduktor, do ktorého musíte poslať silný nízkofrekvenčný signál (to sa však nemusí veľmi páčiť vašim domácim!)! Na takomto improvizovanom „vibračnom stojane“ aj usadená a usadená „kaša“ vykazuje dobrú tekutosť. ♦

Text práce je uverejnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia diela je dostupná v záložke „Pracovné súbory“ vo formáte PDF

ÚVOD

Cieľ: pripraviť feromagnetickú kvapalinu a študovať jej vlastnosti.

Úlohy:

Získajte informácie o feromagnetickej kvapaline ( typ nenewtonskej tekutiny).

Pripravte feromagnetickú kvapalinu.

Vykonajte experimenty na štúdium jeho vlastností.

Zistite jeho aplikáciu.

Vyvodiť závery.

Prezentujte výsledky.

hypotéza: Doma si môžete pripraviť feromagnetickú kvapalinu a študovať jej vlastnosti.

Rozsah výsledkov:účasť vo výskumných súťažiach

Relevantnosť: Magnetizmus je fyzikálny jav, pri ktorom materiály pôsobia príťažlivou alebo odpudivou silou na iné materiály na diaľku. Planéta Zem má dva magnetické póly a vlastné magnetické pole. Magnety- dôležitá súčasť nášho každodenného života. Magnety sú základnými komponentmi zariadení, ako sú elektromotory, reproduktory, počítače, CD prehrávače, mikrovlnné rúry a samozrejme autá. Magnety používané v senzoroch, prístrojoch, výrobných zariadeniach, vedeckom výskume. Feromagnetická tekutina je jedným z typov nenewtonskej tekutiny. Ide o umelo vytvorenú kvapalinu. Táto kvapalina mení vlastnosti za určitých podmienok, ktoré môže ovládať osoba.

HLAVNÁ ČASŤ

2.1 Teoretická časť

Magnetické tekutiny sú unikátny technologický umelo syntetizovaný materiál, ktorý má tekuté a magneticky riadené vlastnosti.

V roku 1963 zamestnanec NASA Steve Papell vynašiel feromagnetickú tekutinu. Riešil veľmi špecifický problém: ako v stave beztiaže prinútiť kvapalinu v palivovej nádrži rakety priblížiť sa k otvoru, z ktorého čerpadlo pumpovalo palivo do spaľovacej komory. Vtedy Papell prišiel s netriviálnym riešením – pridaním akejsi magnetickej látky do paliva s cieľom ovládať pohyb paliva v nádrži pomocou externého magnetu. Takto sa zrodila feromagnetická kvapalina.

Minimálne zloženie feromagnetickej kvapaliny je: feromagnetické (napríklad malé častice magnetického kovu) a rozpúšťadlo (napríklad rôzne oleje). Ale takáto kvapalina sa usadí. Aby sa tak nestalo, je potrebné pridať povrchový modifikátor (látka, ktorá zabraňuje zlepeniu feromagnetika, napr. kyselina citrónová). Feromagnetické kvapaliny sú študované vedným odborom koloidná chémia.

Magnetická kvapalina má všetky výhody tekutého materiálu - nízky koeficient trenia pri kontakte s pevným telesom, schopnosť prenikať do mikroobjemov, schopnosť zmáčať takmer akýkoľvek povrch atď. magnetická ovládateľnosť magnetickej tekutiny umožňuje držať ho na požadovanom mieste na zariadení pod vplyvom magnetického poľa.

2.2 Praktická časť:

V praktickej časti práce som si vyskúšal vyrobiť feromagnetickú kvapalinu a vidieť, ako sa mení v prítomnosti magnetu.

2.2.1 Materiály a nástroje:

Tonerový prášok, vývojka, železné piliny, magnetický prášok;

Strojový olej, slnečnicový olej;

kyselina citrónová;

Neodymové magnety: z bežného pevného disku počítača, zo zvukového reproduktora, neodymový prstencový magnet zakúpený v špecializovanom obchode;

Fľaša, lievik, rôzne povrchy, plastové vrecko, rukavice, palica;

Poznámkový blok, pero, fotoaparát, laptop.

2. 2.2 Pokus č. 1 Získanie feromagnetickej kvapaliny z tonerového prášku a strojového oleja

Na globálnom internete je veľa stránok, ktoré popisujú spôsob výroby feromagnetickej kvapaliny z tonerového prášku a strojového oleja v pomere jednej tretiny tonerového prášku a zvyšku strojového oleja. Vzal som tonerový prášok do laserových tlačiarní bratov a strojový olej. Zmiešané v plastovej fľaši. Po premiešaní som priložil magnet a nič sa nedialo. Získala sa kvapalina, ktorá však nemala magnetické vlastnosti. Ak by bola kvapalina magnetická, pri pohybe magnetu by stuhla a zmenila by tvar. Experiment sa skončil neúspechom.

2.2.3 Pokus č. 2 Získanie feromagnetickej kvapaliny z tonerového prášku, vývojky a strojového oleja

Z prvej skúsenosti som usúdil, že použitý toner nie je feromagnetický. Moderné laserové tlačiarne používajú na magnetizáciu atramentu vývojku – špeciálny magnetický prášok. Do kvapaliny získanej v prvom experimente som pridal tretinu objemu vývojky. Keď som magnet priblížil, kvapalina vytvorila takmer nepostrehnuteľný kopec a nie stvrdnuté. Výsledkom bola kvapalina so slabými feromagnetickými vlastnosťami. Experiment sa skončil neúspechom.

2.2.4 Pokus č. 3 Získanie feromagnetickej kvapaliny zo železných pilín a strojového oleja

Po prvých dvoch neúspešných pokusoch som začal uvažovať o sile magnetu. Pomocou ktorého kontrolujem prítomnosť magnetických vlastností. Na test tekutiny som použil dva magnety: magnet z audio reproduktora a neodýmový magnet z nefunkčného pevného disku počítača (HDD). Aby sa vďaka vlastnostiam feromagnetika v kvapaline nezískala feromagnetická kvapalina a nie magnet, pridal som do výsledného roztoku obyčajné železné piliny ( odpad z práce na kovoobrábacom stroji). Magnet pritiahol všetky železné prvky tekutiny k stene! Objavili sa magnetické vlastnosti, ale všetko, čo som zmiešal, možno len ťažko nazvať kvapalinou. Experiment sa opäť skončil neúspechom.

2.2.5 Pokus č. 4 Príprava feromagnetickej kvapaliny z magnetického prášku a slnečnicového oleja

Takže na získanie feromagnetickej kvapaliny potrebujete dobrý feromagnet! V špecializovanom obchode Svet magnetov som si zakúpil špeciálny železný magnetický prášok na pokusy.

2.2.6 Pokus č. 5 Príprava feromagnetickej kvapaliny z magnetického prášku, kyseliny citrónovej a slnečnicového oleja.

Aby sa zabránilo oddeleniu feromagnetickej kvapaliny, pridáva sa do nej povrchovo aktívna látka (povrchovo aktívna látka). Ako povrchovo aktívnu látku som zvolil kyselinu citrónovú.

2.2.7 Pokus č. 6 Štúdium vlastností feromagnetickej kvapaliny. Magnetické ovládanie.

Na štúdium vlastností výslednej kvapaliny som použil neodýmový magnet.

Magnety a nástroje

Keď som na stenu bubliny s feromagnetickou kvapalinou priviedol magnet, časť kvapaliny sa zmagnetizovala na stenu, stvrdla a zmenila svoj tvar (viď foto)

Keď som magnet položil na dno a otočil fľašu, všetok jej obsah stuhol a nestekal zhora nadol.

Keď som magnet odstránil, pevná látka sa začala zhora nadol meniť na kvapalinu a sklo

Pomocou pipety som nalial časť feromagnetickej kvapaliny na plastový disk

Pozor - toto je tekuté!!!

Toto sa stalo s kvapalinou ovplyvnenou magnetom. Tvar je podobný ihličkám ježka.

Keď sa magnet pohol, časť tuhej kvapaliny sa pohla spolu s ním, zvyšok začal nadobúdať tekutú formu.

Moja mladšia sestra chcela vyrobiť feromagnetickú mačku, ktorej by sa zježili vlasy dupkom.

Na preglejku pokrytú fóliou som pomocou plastelíny vytvoril obrys mačky a naplnil ju svojou feromagnetickou kvapalinou pomocou pipety

Toto sa stalo, keď ste magnet priniesli zospodu

...chvost na konci...

Môj feromagnetický ježko

Poďme preskúmať.....

2.2.8 Pokus č. 7 Štúdium vlastností feromagnetickej kvapaliny. Schopnosť preniknúť do mikroobjemov(zablokovanie otvoru )

V poslednom experimente som sa snažil pochopiť, ako uzavrieť únikové otvory pomocou externého magnetu. Aby som to urobil, najprv som nalial svoju tekutinu do plastovej banky s veľkým otvorom na dne. Potom priviedol magnet k stene vedľa otvoru a nadvihol banku. Kvapalina stuhnutá vplyvom magnetu zabránila vytekaniu zvyšku kvapaliny. Hneď ako som magnet vybral, všetko vytieklo z banky.

2.3 Praktická aplikácia

Aplikácia feromagnetických kvapalín:

  1. Rádioabsorbujúce nátery pre lietadlá sa vyrábajú na báze feromagnetickej kvapaliny.
  2. Tvorcovia slávneho Ferrari používajú magnetoreologickú kvapalinu v odpružení auta: manipuláciou s magnetom môže vodič kedykoľvek pruženie tuhšie alebo mäkšie.
  3. Feromagnetická kvapalina sa používa v niektorých výškových reproduktoroch na odvádzanie tepla z kmitacej cievky. Zároveň funguje ako mechanický tlmič, potláčajúci nežiaducu rezonanciu. Feromagnetická kvapalina je držaná v medzere okolo kmitacej cievky silným magnetickým poľom, pričom je súčasne v kontakte s oboma magnetickými povrchmi a cievkou.
  4. Feromagnetické kvapaliny majú mnoho aplikácií v optike vďaka svojim refrakčným vlastnostiam. Medzi tieto aplikácie patrí meranie špecifickej viskozity kvapaliny umiestnenej medzi polarizátorom a analyzátorom, osvetlenej hélium-neónovým laserom.
  5. Ako pracovná kvapalina v snímačoch uhla sklonu a akcelerometroch.
  6. V magnetických separátoroch na oddeľovanie a oddeľovanie materiálov rôznych hustôt. Magnetická tekutina má ešte jednu úžasnú, skutočne jedinečnú vlastnosť. V ňom, ako v každej kvapaline, plávajú telesá, ktoré sú menej husté, a telesá, ktoré sú hustejšie ako ona sama, klesajú. Ale ak naň aplikujete magnetické pole, potom sa utopené telá začnú vznášať. Navyše, čím silnejšie je pole, tým ťažšie telesá stúpajú na povrch. Aplikáciou magnetického poľa rôznej sily je možné prinútiť telesá s určitou danou hustotou vznášať sa. Táto vlastnosť magnetickej tekutiny sa teraz využíva na obohacovanie rudy. Utopí sa v magnetickej tekutine a potom so zväčšujúcim sa magnetickým poľom najskôr vypláva odpadová hornina a potom ťažké kusy rudy. Napríklad na oddelenie zlata a koncentrátu.
  7. Na čistenie vodných plôch od ropných produktov pri núdzových únikoch a katastrofách.
  8. Tlačiarenské a kresliace zariadenia. Existujú tlačové a kresliace zariadenia, ktoré pracujú na magnetickej tekutine. Do farby sa pridá trochu magnetickej tekutiny a takáto farba sa nastrieka tenkým prúdom na papier, ktorý je pred ňou. Ak prúd nie je ničím vychýlený, nakreslí sa čiara. Ale elektromagnety sú umiestnené v dráhe prúdu, ako vychyľovacie elektromagnety televíznej obrazovky. Úlohu toku elektrónov tu zohráva tenký prúd farby s magnetickou tekutinou - je to ten, ktorý je vychyľovaný elektromagnetmi a na papieri zostávajú písmená, grafy a kresby.

3. ZÁVER

závery

  1. Doma si môžete pripraviť feromagnetickú kvapalinu a študovať jej vlastnosti.
  2. Úspešnosť experimentov závisí od sily magnetu a kvality feromagnetika. Ak používate tonerový prášok alebo vývojku tlačiarne, musíte si byť istí, že obsahuje magnetický prášok.
  3. Pomocou magnetu môžete vidieť niektoré vlastnosti feromagnetickej tekutiny a pochopiť, ako fungujú rôzne mechanizmy.

ZOZNAM POUŽITÝCH ZDROJOV A ODKAZOV

  1. Ako vyrobiť feromagnetickú tekutinu doma? Viktorova Ľ.
  2. („NiZh“, 2015, č. 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
  3. MAGNETIC FLUID, I. Senateskaya, kandidát chemických vied F. Bayburtsky https://www.nkj.ru/archive/articles/4971/ (Veda a život, MAGNETIC FLUID)
  4. Feromagnetická kvapalina 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 - čo to je a ako si vyrobiť ferrofluid sami http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/