Экспериментальное исследование поверхностного натяжения ферроколлоида в магнитном поле

Кристина Андреевна Хохрякова (Christina A. Khokhryakova), Анастасия Ивановна Шмырова (Anastasia I. Shmyrova), Ирина Андреевна Мизева (Irina A. Mizeva), Андрей Викторович Шмыров (Andrey V. Shmyrov)

Аннотация


Прямые измерения поверхностного натяжения, вязкости и поверхностной упругости в условиях действия внешних силовых полей зачастую не удается провести. Во многих задачах поверхностное натяжение магнитных жидкостей считается не зависящим от величины приложенного магнитного поля и определяется свойствами жидкости основы. Анизотропия магнитных свойств на поверхности раздела ввиду скачка намагниченности жидкости предполагает зависимость тензора поверхностных натяжений от магнитного поля. В данной работе предлагается новый экспериментальный способ исследования поверхностного натяжения магнитной жидкости во внешнем однородном магнитном поле, в зависимости от ориентации вектора напряженности относительно границы раздела жидкость-газ. Исследование проводилось с помощью модифицированного метода капиллярных волн в ортогональном к поверхности жидкости магнитном поле и методом отрыва кольца в случае продольного поля. Показано, что поверхностное натяжение жидкости основы ферроколлоида (керосина) не зависит ни от частоты возбуждения капиллярных волн, ни от приложенного к нему внешнего магнитного поля и соответствует значению, определенному на коммерческом тензиометре стандартным методом отрыва кольца. Обнаружено, что поверхностное натяжение феррожидкости снижается с ростом напряженности магнитного поля, ортогонального границе раздела, и ростом частоты акустических колебаний. Рост напряженности поля, продольно направленного границе раздела, приводит к росту поверхностного натяжения магнитной жидкости. Полученные в эксперименте результаты качественно согласуются с теоретическими предсказаниями А. В. Жукова: собственные значения тензора поверхностного натяжения монотонно возрастают с тангенциальной составляющей поля и монотонно убывают с увеличением его нормальной компоненты.


Ключевые слова


магнитная жидкость; поверхностное натяжение; интерферометрия; тензиометрия; магнитное поле; капиллярные волны

Полный текст:

PDF

Литература


Latikka M., Backholm M., Timonen J., Ras R. Wetting of ferrofluids: Phenomena and control Current Opinion in Colloid and Interface Science, 2018, vol. 36, pp. 118–129. DOI: 10.1016/j.cocis.2018.04.003

Rosensweig R. E., Zahn M. Stability of magnetic fluid penetration through a porous medium with uniform magnetic field oblique to the interface. IEEE Trans. Magnetics, 1980, no. 2, pp. 275–282. DOI: 10.1109/TMAG.1980.1060586

Fertman V. E. Magnetic Fluids Guidebook. CRC Press, 1990. 146 p.

Bashtovoi V. G., Taits E. M. Some effects associated with the discontinuity of magnetization at the interface between magnetic liquids. Magnetohydrodynamics, 1985, vol. 21, no. 2, pp. 148–153.

Golubyatnikov A. N., Subkhankulov G. I. Surface tension of a magnetic liquid. Magnetohydrodynamics, 1986, vol. 22, no. 1, pp. 62–66.

Zhukov A. V. Structure and stability of the interface between magnetic and conventional fluids. Model of a three-component medium. Fluid Dynamics, 2013, vol. 48, no. 5, pp. 599–611. DOI: 10.1134/S0015462813050049

Zhukov A. V. Structure of the interface between magnetic and conventional fluids: Model of immiscible phases. Fluid Dynamics, 2016, vol. 51, no. 1, pp. 18–28. DOI: 10.1134/S0015462816010038

Amin M. S., Elborai S., Lee S.-H., He X., Zahn M. Surface tension measurement techniques of magnetic fluids at an interface between different fluids using perpendicular field instability. J. Appl. Phys, 2005, vol. 97, 10R308. DOI: 10.1063/1.1861374

Sudo S., Hashimoto H., Ikeda A. Measurements of the surface tension of a magnetic fluid and interfacial phenomena JSME Int. J., 1989, vol. 32, no. 1, pp. 47–51. DOI: 10.1299/jsmeb1988.32.1_47

Afkhami S., Tyler A. J., Renardy Y., Renardy M., Pierre T. G. St., Woodward R. C., Riffle J. S. Deformation of a hydrophobic ferrofluid droplet suspended in a viscous medium under uniform magnetic fields J. Fluid Mech., 2010, vol. 663, pp. 358–384. DOI: 10.1017/S0022112010003551

Shmyrova A. I., Mizeva I. A., Artamonova P. A. Capillary waves modified technique. Bulletin of Perm University. Physics, 2018, no. 3 (41), pp. 32–38. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-3-32-38

Shmyrov A., Mizev A., Shmyrova A., Mizeva I. Capillary wave method: An alternative approach to wave excitation and to wave profile reconstruction Physics of Fluids, 2019, vol. 31, 012101. DOI: 10.1063/1.5060666

Rusanov A. I., Prokhorov V. A. Interfacial Tensiometry. Elsevier Science, 1996. 397 p.

Lebedev A. V. Calculating the magnetization curves of concentrated magnetic fluids. Magnetohydrodynamics, 1989, vol. 25, no. 4, pp. 520–523.

Landau L. D., Lifschitz E. M.. Fluid Mechanics. Vol. 6. Pergamon Press, 1959.

Behroozi F., Smith J., Even W. Stokes' dream: Measurement of fluid viscosity from the attenuation of capillary waves. Am. J. Phys., 2010, vol. 78, no. 11, pp. 1165–1169. DOI: 10.1119/1.3467887

Browaeysyz J., Perzynski R., Bacri J.-C., Shliomis M. I.. Capillary-gravity wave resistance in ordinary and magnetic fluids. Eur. Phys. Lett. 2001. vol. 53, no. 2, pp. 209–215. DOI: 10.1209/epl/i2001-00138-7




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-3-56-64

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).