XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Магнитореологические жидкости

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Азанова Н.С. 1

---

1МАОУ СОШ № 9 им. А. С. Пушкина г. Пермь

Теличкина Е.Г. 1

---

1МАОУ СОШ № 9 им. А. С Пушкина г. Пермь

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Магнитореологические жидкости - это жидкости, состоящие из магнитных частиц, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости (в качестве которой обычно выступают масло, вода, растворитель) и поверхностно-активных веществ для стабилизации. Коммерческое производство и практическое применение магнитных жидкостей начались в конце 60-х годов прошлого века.

Магнитореологические жидкости можно разделить на две большие группы [1], [3]:

1. Ферромагнитные жидкости — магнитные жидкости с размером магнитных частиц десятки нанометров.

2. Магнитореологические суспензии — магнитные жидкости с размером магнитных частиц единицы микрометров.

Магнитореологический эффект — управляемое изменение механических свойств (вязкости, пластичности, упругости) суспензий под воздействием магнитных полей. Значительные изменения претерпевают также тепло- и электропроводность. Вязкость магнитореологической жидкости (МРЖ) может увеличиваться в сотни раз при увеличении магнитного поля (в отличие от ферромагнитных жидкостей, где вязкость увеличивается на 10-30%).

Актуальность работы:

Количество производимых мировой промышленностью узлов и устройств, использующих МРЖ, составляет десятки миллионов в год. Их яркими представителями являются магнитожидкостные уплотнения, МРЖ демпферы и ударные поглотители, устройства медицинской реабилитации и пр. [2], [3].

Практическая значимость работы:

В России МРЖ пока не получили достаточного развития, МРЖ и устройства на их основе в промышленном масштабе выпускаются в ограниченном количестве. Интерес российских машиностроителей к практическому использованию новых физических явлений на основе магнитореологических эффектов достаточно высок.

Новизна работы:

Сравнение поведения магнитореологических суспензий, состоящих из ферромагнитных или диамагнитных частиц в постоянном магнитном поле.

Цель работы:

Познакомиться с магнитореологическими жидкостями. Приготовить различные магнитореологические суспензии и исследовать их свойства в постоянном магнитном поле. Исследовать поведение ферромагнитной жидкости в импульсном магнитном поле.

Задачи работы:

1. Выбрать материалы для приготовления магнитореологических суспензий.

2. Приготовить магнитореологические суспензии с различными свойствами.

3. Придумать и собрать установку для генерирования импульсного магнитного поля.

4. Исследовать поведение, приготовленных суспензий, в постоянном магнитном поле.

5. Исследовать поведение ферромагнитной жидкости (заводское изготовление) в постоянном магнитном поле.

6. Исследовать поведение ферромагнитной жидкости (заводское изготовление) в импульсном магнитном поле.

Объект исследования:

Поведение МРЖ в магнитном поле.

Предмет исследования:

Отклик магнитореологических суспензий на постоянное магнитное поле. Отклик ферромагнитной жидкости на импульсное магнитное поле.

Гипотеза исследования:

Поведение магнитореологических суспензий в постоянном магнитном поле, зависит от материала магнитных частиц (ферромагнитные или диамагнитных частицы используются в суспензии).

Поведение ферромагнитной жидкости в импульсном магнитном поле зависит от длительности импульса магнитного поля.

Выбор материалов для приготовления магнитореологических суспензий

В качестве несущей жидкости было решено использовать машинное моторное масло, т.к. оно обладает необходимой вязкостью (внутренним трением).

В качестве магнитных частиц были использованы четыре разных магнитных порошка:

1. Тонер для лазерного принтера с размером частиц до 30 мкм (ферромагнетик).

2. Магнитный железняк с размером частиц до 40 мкм (сильный ферромагнетик).

3. Кобальт с размером частиц до 1 мкм (сильный ферромагнетик).

4. Висмут с размером частиц до 80 нм (сильный диамагнетик).

Для стабилизации суспензии были использованы поверхностно-активные вещества (моющее средство).

Приготовление магнитореологических суспензий

В машинное масло постепенно добавлялся магнитный порошок и тщательно перемешивался. Конечная пропорция масла к магнитному порошку по объему составляла 2 к 1. Затем добавлялось несколько капель моющей жидкости и опять все тщательно перемешивалось.

Установка для генерирования импульсного магнитного поля

Установка состоит из следующих компонентов:

• три электромагнита (12 В),

• блок питания на 12 В,

• полевые транзисторы,

• платаArduino UNO.

Электромагниты расположены треугольником вплотную друг к другу. Магнитные поля электромагнитов имеют одинаковое направление. Импульсы напряжения на электромагниты подаются по очереди. Длительность импульсов можно изменять.

Исследование поведения, приготовленных суспензий, в постоянном магнитном поле

Приготовленные суспензии, были налиты в пластиковые стаканчики. Ко дну стаканчиков подносился сильный неодимовый магнит. В результате экспериментов было обнаружено следующее:

• Суспензия с тонером для лазерного принтера практически не реагировала на магнитное поле.

• Суспензия магнитного железняка и суспензия кобальта в магнитном поле вели себя практически одинаково. При наличии магнитного поля вязкость суспензии значительно возрастала. Если в пластиковый стаканчик налить небольшое количество суспензии, то при приближении магнита на поверхности суспензии образовывался характерный «ежик».

• Суспензия висмута в магнитном поле не изменяла свою вязкость. Если в пластиковый стаканчик налить небольшое количество суспензии (только слегка закрыть дно стаканчика), то при приближении магнита ко дну стаканчика суспензия растекалась в стороны от магнита (оголялось дно стаканчика).

Исследование поведения ферромагнитной жидкости (заводское изготовление) в постоянном магнитном поле

Ферромагнитная жидкость (заводское изготовление), представляла из себя МРЖ, помещенную в водный раствор. При приближении магнита, вязкость МРЖ значительно не изменялась. На самой МРЖ появлялся характерный «ежик».

Исследование поведения ферромагнитной жидкости (заводское изготовление) в импульсном магнитном поле

Импульсы напряжения на электромагниты подавались по очереди. Проводились эксперименты при разной длительности импульсов.

Длительность импульса 1500 мс

При данной длительности импульсов ферромагнитная жидкость двигалась от электромагнита к электромагниту. На электромагните жидкость принимала форму «ежика».

Длительность импульса 35 мс

При данной длительности импульсов ферромагнитная жидкость разделилась на бесформенные хаотично двигающиеся части. Жидкость двигалась по всему объему емкости.

Длительность импульса 10 мс

При данной длительности импульсов ферромагнитная жидкость разделилась на части. Части жидкости двигались только над электромагнитами и не выходили за их пределы. Части жидкости имели разную форму.

Длительность импульса 1 мс

При данной длительности импульсов ферромагнитная жидкость разделилась на бесформенные части. Части жидкости находились над электромагнитами и практически не двигались.

Вывод

Как и предполагалось, поведение магнитореологических суспензий в магнитном поле, зависит от материала магнитных частиц.

• суспензии с ферромагнитными частицами в магнитном поле образуют характерный «ежик». Если магнитные частицы имеют размер порядка мкм, то в магнитном поле значительно увеличивается вязкость суспензии.

• суспензия с диамагнитными частицами в магнитном поле старается отдалиться от магнита. Изменения вязкости такой суспензии в магнитном поле замечено не было.

• Суспензия с тонером для лазерного принтера практически не реагировала на магнитное поле из-за малого количества ферромагнитных частиц в тонере.

Существенного изменения вязкости ферромагнитной жидкости в постоянном магнитном поле замечено не было.

Поведение ферромагнитной жидкости в импульсном магнитном поле зависит от длительности импульса магнитного поля.

Список литературы

1. Розенцвейг, Р. Феррогидродинамика. – М.: Мир, 1989. – 356 с.

2. Нанодисперсные магнитные жидкости в технике и технологиях. Н.А. Морозов, Ю.Б., Казаков. Иван. гос. энерг. университет – Иваново, 2011. – 264 с.

3. Магнитореологические жидкости: технологии создания и применение: монография / Е.С. Беляев [и др.]; под ред. А.С. Плехова. - Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2017. – 94 с.