Dynamic susceptibility of magnetic fluid: amplitude dependence at sound frequencies
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-4-12-18Keywords:
magnetic fluid, energy dissipation, AC magnetic field, dynamic susceptibility, magnetic measurementsAbstract
The energy dissipation in a magnetic fluid placed in AC magnetic field of the sound frequency is studied experimentally. The aim of the paper is to obtain information on the amplitude dependence of the dynamic susceptibility and the limits of applicability of the simplest (linear) relaxation equation for magnetization. Two independent methods are used: direct measurement of the dynamic susceptibility of the mutual inductance bridge in weak probing field and measurement of heat release in the magnetic fluid at elevated magnetic field amplitudes. In the latter case, a well-known formula was used that relates the heat release power to the imaginary part of the dynamic susceptibility, which directly follows from the linear relaxation equation. The comparison of the results obtained by different methods revealed a systematic discrepancy between two series of experiments, which is explained by the existence in the magnetic fluid of multiparticle clusters (aggregates) with uncompensated magnetic moments. At frequencies of the order of 104 Hz, the Brownian mechanism of relaxation of the magnetic moments is blocked because of the large dimensions of the aggregates (wtB >> 1). In addition, for small amplitudes of the magnetic field, the Neel relaxation mechanism is also blocked because of the high energy of interparticle interactions inside the aggregate and the appearance of high potential barriers. The situation changes with increasing field amplitude, when the energy of interaction of the aggregated particles with the external field becomes comparable with the height of the potential barrier. Aggregates are "included" in the process of magnetization reversal, increasing the dynamic susceptibility and the dissipation of energy in the magnetic fluid.References
Shliomis M. I. Magnetic fluids. Soviet Physics Uspekhi, 1974,. vol. 17, pp. 153–169.
Blums E. Ya., Maiorov M. M., Cebers A. O. Magnetic fluids. Walter de Gruyter, Berlin, 1997.
Starodubtsev Yu. N. Magneto soft materials. En-cyclopedic dictionary-reference. Moscow: Technosphere, 2011. 664 p.
Rosensweig R. E. Ferrohydrodynamics. Cambridge University Press, Cambridge, 1985.
Rosensweig R. E. Heating magnetic fluid with alternating magnetic field. Journal of magnetism and magnetic materials. 2002. vol. 252, pp. 370–374.
Lakhtina E. V., Pshenichnikov A. F. Dispersion of magnetic susceptibility and the microstructure of magnetic fluid. Colloid Journal. 2006. vol. 68, no. 3, pp. 294–303.
Pshenichnikov A. F., Lebedev A. V., Radionov A. V., Efremov D. V. A magnetic fluid for operation in strong gradient fields. Colloid Journal, 2015, vol. 77, no. 2, pp. 196–201.
Pshenichnikov A. F., Lebedev A. V. Magnetic susceptibility of concentrated ferrocolloids. Colloid Journal, 2005, vol. 67, no. 2, pp. 189–200.
Ivanov A. O., Kuznetsova O. B. Magnetic properties of dense ferrofluids: an influence of interparticle correlations. Physical Review E, 2001, vol. 64, no. 4, pp. 401–405.
Pshenichnikov A. F. A mutual-inductance bridge for analysis of magnetic fluids. Instruments and Experimental Techniques, 2007, vol. 50, no. 4, pp. 509–514.
Ivanov A. O., Kantorovich S. S., Zverev V. S., et al. Temperature-dependent dynamic correlations in suspensions of magnetic nanoparticles in a broad range of concentrations: combined experimental and theoretical study. Physical Chemistry Chemical Physics. 2016, vol. 18, pp. 18342–18352.
Brusnetsov N. A., Shevelev A. A., Brusnetsova T. N., et al. Magneto-liquid regional induction hyperthermia of sarcoma. Chemical-pharmaceutical magazine. 2002. vol. 36. Issue. 3 pp. 8–10 (In Russian).
Mikhailov G. A., Vasilieva O. S. Technology of the future: the use of magnetic particles in oncology. Bulletin of the RAMS. 2008, vol. 131. no. 3, pp. 18–22 (In Russian).
Pershina A. G., Sazonov A. E., Milto I. V. The use of magnetic nanoparticles in biomedicine. Bulletin of Siberian Medicine, 2008, no. 2, pp. 70–77 (In Russian).
Yavorsky B. M., Detlaf A. A., Lebedev A. K. Handbook on physics for engineers and university students. Moscow: Mir and Education Publishers, 2006. 1056 p. (In Russian).
Chow T. S. Viscoelasticity of concentrated dispersions. Physical Review E, 1994, vol. 50, p. 1274.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
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.
