Экспериментальное исследование поверхностного натяжения ферроколлоида в магнитном поле
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-3-56-64Ключевые слова:
магнитная жидкость, поверхностное натяжение, интерферометрия, тензиометрия, магнитное поле, капиллярные волныАннотация
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.Библиографические ссылки
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
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
