Pour une personne éloignée des découvertes scientifiques, qui a fait ses adieux à la physique ou à la chimie à l'école, beaucoup de choses semblent inhabituelles. En utilisant, par exemple, les appareils électriques dans la vie quotidienne, nous ne réfléchissons pas à leur fonctionnement exact, prenant pour acquis les avantages de la civilisation. Mais lorsqu’il s’agit de quelque chose qui dépasse la perception quotidienne, même les adultes sont étonnés, comme les enfants, et commencent à croire aux miracles.

Comment, outre la magie, expliquer le phénomène d'émergence de figures tridimensionnelles, de fleurs et de pyramides, de peintures magiques se remplaçant à partir d'un liquide apparemment ordinaire ? Mais ce n’est pas magique, la science fournit une justification à ce qui se passe.

Qu’est-ce que le ferrofluide ?

Nous parlons d'un ferrofluide - un système colloïdal constitué d'eau ou d'un autre solvant organique contenant de minuscules particules de magnétite et de tout matériau contenant du fer. Leurs tailles sont si petites qu’il est même difficile de l’imaginer : ils sont des dizaines de fois plus fins qu’un cheveu humain ! De tels indicateurs de taille microscopique leur permettent d'être répartis uniformément dans le solvant grâce au mouvement thermique.

Pour l’instant, tant qu’il n’y a pas d’influence extérieure, le liquide est calme, ressemblant à un miroir. Mais dès que vous apportez un champ magnétique dirigé à ce « miroir », il prend vie, montrant au spectateur d'étonnantes images tridimensionnelles : des fleurs magiques s'épanouissent, des figures en mouvement poussent à la surface, changeant sous l'influence du champ.

En fonction de la force et de la direction du champ magnétique, les images changent sous nos yeux - depuis de légères ondulations à peine perceptibles apparaissant à la surface du liquide, en passant par des aiguilles et des pics qui changent de netteté et d'inclinaison et se transforment en fleurs et en arbres.

La capacité de créer des peintures en couleurs à l'aide du contre-jour, véritablement fascinante pour l'observateur, lui révèle un monde inconnu.

Malheureusement, les particules métalliques, bien qu'appelées ferromagnétiques, ne sont pas ferromagnétiques au sens plein du terme, puisqu'elles ne peuvent pas conserver leur forme résultante après la disparition du champ magnétique. Parce qu'ils n'ont pas leur propre magnétisation. À cet égard, l'utilisation de cette découverte, qui d'ailleurs n'est pas entièrement nouvelle - elle a été faite par l'Américain Rosenzweig au milieu du siècle dernier, n'a pas trouvé une large application.

Comment fabriquer et où est utilisé le fluide ferromagnétique ?

Les ferrofluides sont utilisés dans l'électronique et l'industrie automobile, et j'aimerais croire que leur utilisation généralisée est imminente et qu'avec le développement de la nanotechnologie, ils seront largement utilisés. En attendant, c'est surtout du plaisir pour le public admiratif, gâté par divers types de spectacles.

Les peintures en trois dimensions vous font regarder en retenant votre souffle, en vous demandant s'il s'agit d'un montage et en cherchant une explication à ce qui se passe, au moins sur Internet. Qui sait, peut-être qu’un petit garçon qui regarde aujourd’hui des couleurs et des figures métalliques « vivantes » la bouche ouverte trouvera demain une application fondamentalement nouvelle à ce phénomène, révolutionnant ainsi la science et la technologie. Mais c'est demain, mais pour l'instant, regardez et profitez-en !

FLUIDES FERROMAGNÉTIQUES

Didacticiel

Introduction

Chapitre 1. Interaction dipolaire magnétique dans les fluides magnétiques et caractéristiques de leur magnétisation.

§1. Informations générales sur les fluides magnétiques

§2. Processus de magnétisation des fluides magnétiques polydispersés stables à l'agrégation.

§3. Susceptibilité magnétique des fluides magnétiques et ses dépendances fonctionnelles.

§4. Interaction dipolaire magnétique et champs effectifs dans les fluides magnétiques.

§5. Concepts modernes de prise en compte de l'interaction des particules dans les colloïdes magnétiques.

Chapitre 2. Organisation structurale des fluides magnétiques et effets électro- et magnéto-optiques qui en résultent.

§1. Types de formations structurelles dans les fluides magnétiques.

§2. Fluide magnétique à structure de microgouttelettes.

§ 3. Formations structurales quasi solides dans les fluides magnétiques.

§4. Auto-organisation structurelle du fluide magnétique dans un champ électrique.

Chapitre 3. Caractéristiques des processus de magnétisation des colloïdes magnétiques avec diverses formations structurelles.

§1.Transformations structurelles et caractéristiques de la magnétisation des fluides magnétiques avec des agrégats de microgouttelettes.

§2. Susceptibilité magnétique complexe d'un fluide magnétique à structure microgouttelette.

§3. Fluide magnétique avec formations de microgouttelettes comme milieu liquide magnétiquement sensible.

§4.Magnétisation du fluide magnétique avec formations structurales quasi-solides.

§5. Susceptibilité magnétique d'un fluide magnétique à structure quasi solide.

§6. La possibilité d’une transition de phase vitreuse superparamagnétique – dipolaire dans un fluide magnétique structuré.

§7. Ordre magnétique dans des agrégats quasi-solides de fluide magnétique.

Chapitre 4. Nouveaux milieux magnétiques dispersés - ferrocolloïdes composites, émulsions magnétiques et aérosols magnétiquement sensibles.

§1. Fluides magnétiques avec charge fine amagnétique.

§2. Emulsions magnétosensibles et procédés pour leur préparation.

§3. Caractéristiques de la magnétisation des émulsions magnétiques.

§4. Propriétés électriques des émulsions magnétiques.

§5.Transformations structurales dans les émulsions magnétiques à faible tension interfaciale à la limite microgouttelette-milieu de dispersion.

§6. Aérosols magnétosensibles.

Introduction

Milieux liquides magnétisables – les colloïdes ultradispersés de matériaux ferro- et ferrimagnétiques, synthétisés au milieu des années 60 et appelés « liquides magnétiques » restent à ce jour un objet qui suscite un large intérêt de la part des chercheurs sur les phénomènes associés à l'interaction d'un champ électromagnétique avec un milieu. . Ceci s'explique à la fois par la possibilité d'utiliser des fluides magnétiques en génie mécanique, en fabrication d'instruments et en médecine, et par l'émergence d'un certain nombre de problèmes fondamentaux d'ordre physique, physico-chimique et hydrodynamique. Initialement, lors de l'examen des propriétés des fluides magnétiques, la représentation d'un milieu continu a été utilisée, ce qui permet de considérer un colloïde magnétique comme un système de particules dipolaires n'interagissant pas. Cependant, il a été établi par la suite que les effets magnétomécaniques, thermomagnétiques, magnéto- et électro-optiques observés dans les fluides magnétiques sont largement déterminés par la composition granulométrique des particules magnétiques à domaine unique, leur interaction et l'organisation structurelle du système qui leur est associé et l'influence des champs extérieurs. L'état structurel des fluides magnétiques peut dépendre de manière significative des contraintes de cisaillement, des changements de température et des écoulements électrohydrodynamiques. Un certain type de structure apparaissant dans les fluides magnétiques est associé à un certain nombre d’applications de ces milieux en technologie et en médecine. Par conséquent, il a semblé intéressant d'accorder plus d'attention que dans les manuels et monographies publiés précédemment aux particularités des propriétés physiques des colloïdes magnétiques, provoquées par l'interaction de nanoparticules magnétiques et leur organisation structurelle sous l'influence de divers facteurs. De plus, ce manuel traite des nouveaux milieux magnétiques dispersés créés à base de colloïdes magnétiques - fluides magnétiques composites avec charge non magnétique, émulsions magnétiques et aérosols.

Le manuel est destiné aux étudiants de spécialisation en « Physique des phénomènes magnétiques ». Il peut également être utile aux scientifiques travaillant sur les problèmes des nanosystèmes magnétiques colloïdaux.

Chapitre 1. Interaction dipolaire magnétique dans les fluides magnétiques et caractéristiques de leur magnétisation

§1. Informations générales sur les fluides magnétiques

Les fluides magnétiques (MF) sont des solutions colloïdales très stables de microparticules ferro- et ferrimagnétiques à domaine unique dans certains fluides porteurs (eau, milieux hydrocarbonés, huiles minérales et organosiliciées, etc.). Les propriétés du MF sont fortement influencées par le choix de l'aimant dispersé, qui est la magnétite (FeO Fe 2 O 3), les ferrites spinelles (MFe 2 O 4), les ferrites de grenat (MFe 5 O 12), ainsi que les métaux de transition, hautement fer dispersé, nickel, cobalt. Les particules dispersées, du fait de leur petite taille (environ 100 E), sont en mouvement brownien intense, ce qui assure la stabilité de sédimentation des colloïdes magnétiques. Pour la stabilité agrégative des systèmes colloïdaux à particules magnétiques, il est nécessaire que le rapprochement des particules provoque l'apparition de forces répulsives entre elles. Ceci est réalisé en introduisant une certaine quantité de stabilisant dans le MF - un tensioactif. La couche d'adsorption formée à la surface des particules par des molécules tensioactives crée une barrière structurelle et mécanique qui empêche les particules de grossir en raison de leur adhésion. Généralement, on utilise comme tensioactifs des substances constituées de molécules organiques polaires, dont la structure est caractérisée par la présence d'un groupe fonctionnel court (alcalin, acide, etc.) et d'une longue chaîne de queue (hydrocarbure, fluorocarbone, etc.). En règle générale, l'acide oléique est utilisé comme stabilisant classique pour les fluides magnétiques.

Les propriétés magnétiques des fluides magnétiques sont déterminées par la teneur volumétrique en phase solide, qui peut atteindre 25 pour cent. L'aimantation à saturation d'un tel MF concentré atteint 100 kA/m dans des champs magnétiques de 10 5 A/m tout en conservant la fluidité. La susceptibilité magnétique des MF est plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle des liquides paramagnétiques homogènes et peut atteindre une valeur de 10 2 . Sa valeur dépend de la taille des particules et de leur concentration volumique. Cependant, l’augmentation de la taille des particules est limitée par la possibilité que les particules se collent les unes aux autres en raison de leur moment magnétique important ou de la violation de la condition de domaine unique. Par conséquent, dans les colloïdes magnétiques stables, la taille des particules ne dépasse généralement pas 100 à 150 E. Le fluide magnétique le plus courant est un fluide magnétique à base de kérosène avec des particules de magnétite dispersées et de l'acide oléique comme stabilisant.

La première méthode permettant d'obtenir une solution colloïdale stabilisée de magnétite a été proposée à la fin des années 30 par Elmore. Récemment, de tels liquides ont été obtenus par condensation lors de la précipitation de magnétite avec un alcali à partir de solutions aqueuses de sels de fer divalents et trivalents. Une description détaillée de la plupart de ces méthodes est donnée dans l'ouvrage. On obtient ainsi des fluides magnétiques dont la viscosité à une magnétisation de saturation de 50 à 60 kA/m peut être comparable à la viscosité de l'eau. La polydispersité des particules de magnétite obtenues par le procédé décrit est déterminée par une fonction de distribution granulométrique en forme de cloche avec une largeur de distribution de l'ordre de la taille moyenne des particules (environ 10 nm). A titre d'exemple, les figures 1 et 2 montrent des photographies électroniques de particules de deux échantillons MF, à partir desquelles on peut voir que les particules dispersées ont une forme proche de sphérique.

Figure 1. Figure 2.

Photographie électronique des particules MF

Les figures 3 et 4 pour les mêmes échantillons montrent des histogrammes normalisés de distribution granulométrique avec une largeur d'intervalle de classe de 1,2 nm, obtenus en analysant des microphotographies basées sur plusieurs (cinq) mille mesures.

Figure 3. Figure 4.

Distribution granulométrique (F est le nombre relatif de particules de diamètre d) dans le MF

Dans de si petites particules, tout en conservant une magnétisation spontanée, la probabilité de fluctuations thermiques du moment magnétique de la particule augmente. En conséquence, il devient possible de faire tourner le moment magnétique par rapport à la matrice solide. Ce type de rotation du moment magnétique a été signalé pour la première fois par L. Neel, et de telles particules ont été appelées « superparamagnétiques ». Le temps de relaxation Néel du moment magnétique est déterminé par l'expression :

(1.1)

Où σ = K eff V /kT– constante d'anisotropie totale, V – volume des particules, τ 0 = 10 - 9 s.

En milieu liquide, une diffusion rotationnelle des particules elles-mêmes est également possible. Dans ce cas, le mécanisme brownien de relaxation du moment magnétique peut apparaître. La prédominance de l'un ou l'autre mécanisme de relaxation est déterminée par le rapport des temps de relaxation de Neel τ N et diffusion rotationnelle τ D = 3 Vη /kT, Où η – viscosité du milieu de dispersion.

Le principal moyen de contrôler les fluides magnétiques est un champ magnétique. Par exemple, en les exposant à un champ magnétique non uniforme, il est possible d’obtenir des forces pondéromotrices volumétriques plusieurs ordres de grandeur supérieures à la force de gravité. Ces forces sont utilisées dans les séparateurs de fluides magnétiques, les capteurs d'accélération, etc. En raison de la possibilité de localiser un fluide magnétique par un champ, des joints fluides magnétiques, des lubrifiants contrôlés, des liquides magnétiquement sensibles pour la détection de défauts, etc. ont été développés. En pratique, une grande variété de fluides magnétiques sont utilisés, parmi lesquels il faut souligner les MF à base d'huiles minérales et de milieux organosiliciés. La viscosité de tels fluides magnétiques à une magnétisation à saturation allant jusqu'à 60 kA/m peut atteindre une valeur de l'ordre de 10 4 Pa ​​​​s, ils sont donc parfois comparés aux pâtes magnétiques. Pour les besoins médicaux, des FM à base de diverses huiles végétales comestibles sont en cours de développement.

Veklich A.V.
Erushevich D.A.
Borissov R.A.
Rachelk V.B.
Institut d'ingénierie physique et radioélectronique Université fédérale de Sibérie
660074, Krasnoïarsk, st. Kirenskogo 26.
E-mail: [email protégé]

Cet article traite de la méthode de production de fluide ferromagnétique et de la gamme de ses applications en production.

Mots clés : Fluide ferromagnétique, ferrophase.

Cet article traite d'une méthode de production d'un fluide ferromagnétique, du spectre de son application sur le lieu de travail.

Mots clés: Ferrofluide, ferrophase.

Les fluides ferromagnétiques sont constitués de particules de taille nanométrique (taille typique de 10 nm ou moins) de magnétite, d'hématite ou d'un autre matériau contenant du fer en suspension dans un fluide porteur. Ils sont suffisamment petits pour que le mouvement thermique les répartisse uniformément dans le fluide porteur afin qu'ils contribuent à la réponse du fluide dans son ensemble au champ magnétique. De même, les ions présents dans les solutions aqueuses de sels paramagnétiques (par exemple, une solution aqueuse de sulfate de cuivre (II) ou de chlorure de manganèse (II)) confèrent à la solution des propriétés paramagnétiques.

Les liquides ferromagnétiques sont des solutions colloïdales, c'est-à-dire des substances qui possèdent les propriétés de plusieurs états de la matière. Dans ce cas, les deux états sont le métal solide et le liquide dans lequel il est contenu. Cette capacité à changer d'état sous l'influence d'un champ magnétique permet l'utilisation de fluides ferromagnétiques comme produits d'étanchéité, lubrifiants, et pourrait également ouvrir d'autres applications dans les futurs systèmes nanoélectromécaniques.

Pour assurer la stabilité du VF, les particules sont liées à un tensioactif qui forme une coque protectrice autour des particules et les empêche de coller ensemble en raison des forces de Van der Waals ou magnétiques. Malgré leur nom, les liquides ferromagnétiques ne présentent pas de propriétés ferromagnétiques car ils ne conservent pas d'aimantation résiduelle après disparition du champ magnétique externe. En fait, les liquides ferromagnétiques sont paramagnétiques et sont souvent appelés « supermagnétiques » en raison de leur forte susceptibilité magnétique. Les ferrites sont des composés chimiques d'oxyde de fer Fe 2 O 3 avec des oxydes d'autres métaux.

Considérons le principe d'obtention d'un fluide ferromagnétique.

Soulignons les tâches principales :

1) obtenir des particules de ferrophase hautement dispersées ;

2) les stabiliser dans un liquide porteur.

Les estimations montrent que pour assurer la stabilité du MF, il est nécessaire d'assurer la production de particules ferromagnétiques d'une taille de 500 à 2 000 nm. De telles tailles peuvent être obtenues soit en broyant de grosses particules magnétiques, soit en les faisant passer de tailles moléculaires à des tailles colloïdales. La deuxième caractéristique technologique très importante de la production de fluides magnétiques et de matériaux magnétiques hautement dispersés est la protection des particules colloïdales contre l'oxydation et la prévention de l'agglomération et de la coagulation, tant pendant le processus de production que lors de la conversion des particules à l'état colloïdal dans le liquide porteur. . Ce problème est résolu avec succès en obtenant des particules hautement dispersées directement dans un liquide porteur et en les stabilisant avec un tensioactif au moment ou immédiatement après leur formation. La condition pour une stabilisation efficace des particules est la compatibilité de la ferrophase, du stabilisant et du milieu de dispersion, et les meilleurs stabilisants sont les substances qui sont bien adsorbées à la surface des particules de ferrophase, et la partie libre de leur molécule est bien dissoute dans le liquide porteur. Ces conditions sont généralement bien remplies par les substances à longue chaîne hydrocarbonée (C10-C20) contenant des groupes fonctionnels (-OH, -NH 2, -COOH, SO 3 H, etc.). Les méthodes d'obtention de systèmes MF colloïdaux peuvent être divisées en méthodes de dispersion et méthodes de condensation.

Pour obtenir du MF en laboratoire de chimie, la méthode de condensation de magnétite hautement dispersée a été utilisée, basée sur la réaction des sels de fer (II) et (III) en milieu alcalin : FeSO 4 * 7H 2 O + 2FeCl 3 * 6H 2 O + 8NH 3 * H 2 O → Fe 3 O 4 + 6NH 4 Cl + (NH) 2 SO 4 + 20H 2 O

Réactifs : FeSO 4 *7H 2 O ; FeCl 3 *6H 2 O; Solution d'ammoniaque à 25 %, eau distillée, savon.

Les masses de substances proposées pour l'expérience ont été divisées par quatre.

1. Dissoudre FeSO 4 *7H 2 O et FeCl 3 *6H 2 O dans de l'eau distillée ( avec un faible chauffage et en remuant doucement).

2. Filtrez la solution obtenue dans un autre flacon pour la séparer des impuretés mécaniques.

3. Versez une solution d'ammoniaque à 25 % dans un flacon propre.

4. Versez la solution filtrée dans un flacon contenant « de l'eau ammoniaquée » en un mince filet tout en remuant vigoureusement. La solution brun-orange se transforme instantanément en une suspension noire.

5. Ajoutez un peu d'eau à la solution obtenue et placez le flacon contenant le mélange obtenu sur un aimant pendant 30 minutes.

6. Une fois que les particules de magnétite sont tombées au fond du ballon (sous l'influence du champ magnétique), versez très soigneusement environ les 2/3 de la solution en retenant les sédiments avec un aimant. Versez à nouveau de l'eau distillée dans le ballon, dans la même quantité, et mélangez bien la solution. Placez le flacon sur un aimant. Répétez ces étapes jusqu'à ce que le pH de la solution de drainage devienne neutre.

7. Filtrer la suspension obtenue et récupérer le précipité.

8. Mélanger le précipité avec le tensioactif obtenu précédemment.

9. Chauffez le mélange obtenu pendant une heure (t=80˚C), en remuant bien.

10. Refroidissez le mélange obtenu à température ambiante. Ajouter de l'eau distillée et bien mélanger.

Placez le mélange dilué dans l'eau sur un aimant pendant plusieurs heures, après quoi le liquide ferromagnétique est prêt.

Les fluides magnétiques (MF) sont un matériau technologique unique synthétisé artificiellement qui possède des propriétés fluides et contrôlées magnétiquement avec de larges perspectives d'application dans la technologie, la médecine et l'écologie. Le MF présente tous les avantages d'un matériau liquide - un faible coefficient de frottement au contact d'un corps solide, la capacité de pénétrer dans des microvolumes, la capacité de mouiller presque toutes les surfaces, etc. Dans le même temps, la contrôlabilité magnétique du MF permet de le maintenir à l'endroit souhaité de l'appareil sous l'influence d'un champ magnétique. De nos jours, de nombreuses applications utiles ont été inventées pour les fluides magnétiques : pour l'étanchéité des arbres et des pistons, pour la lubrification « perpétuelle », pour collecter l'huile déversée sur l'eau, pour enrichir les minéraux, pour traiter et diagnostiquer de nombreuses maladies, et même pour la conversion directe de l'énergie thermique. en énergie mécanique. Certains des domaines d'application les plus intéressants et les plus prometteurs du fluide magnétique sont pris en compte.

Tirons une conclusion sur le travail effectué.

Les fluides magnétiques ont un potentiel énorme et sont porteurs, sinon d’une révolution technologique, du moins de nombreuses découvertes fondamentales importantes et d’applications technologiques prometteuses.

Bibliographie

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2. Berlin M.A., Grabovsky Yu.P., Sokolenko V.F., Pindyurina N.G. Quelques questions de technologie pour la production de liquides ferromagnétiques, Ivanovo, 1981.
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4. Severtsev L.G. L’article « Les fluides magnétiques sont un poison contre le cancer ! » Revue « Médecine Moléculaire » n° 3, 2003.
5. Senatskaya I.I., Bayburtsky F.S. « Liquide qui durcit dans un champ magnétique » Chimie et Vie, 2002.

Le texte de l'ouvrage est affiché sans images ni formules.
La version complète de l'ouvrage est disponible dans l'onglet "Fichiers de travail" au format PDF

INTRODUCTION

Cible: préparer un fluide ferromagnétique et étudier ses propriétés.

Tâches:

En savoir plus sur le fluide ferromagnétique ( type de fluide non newtonien).

Préparez un liquide ferromagnétique.

Mener des expériences pour étudier ses propriétés.

Découvrez son application.

Conclure.

Présentez les résultats.

Hypothèse: À la maison, vous pouvez préparer un liquide ferromagnétique et étudier ses propriétés.

Portée des résultats : participation à des concours de recherche

Pertinence: Le magnétisme est un phénomène physique dans lequel des matériaux exercent une force attractive ou répulsive sur d'autres matériaux à distance. La planète Terre possède deux pôles magnétiques et son propre champ magnétique. Aimants- une partie importante de notre vie quotidienne. Aimants sont des composants essentiels d'appareils tels que les moteurs électriques, les haut-parleurs, les ordinateurs, les lecteurs CD, les fours à micro-ondes et, bien sûr, les voitures. Aimants utilisé dans les capteurs, les instruments, les équipements de production, la recherche scientifique. Le fluide ferromagnétique est l'un des types de fluides non newtoniens. Il s'agit d'un liquide créé artificiellement. Ce liquide change de propriétés dans certaines conditions pouvant être contrôlées par une personne.

PARTIE PRINCIPALE

2.1 Partie théorique

Les fluides magnétiques sont un matériau technologique unique synthétisé artificiellement qui possède des propriétés fluides et magnétiquement contrôlées.

En 1963, Steve Papell, employé de la NASA, a inventé le fluide ferromagnétique. Il résolvait un problème très précis : comment, en apesanteur, forcer le liquide contenu dans le réservoir de carburant de la fusée à s’approcher du trou à partir duquel la pompe pompait le carburant dans la chambre de combustion. C'est alors que Papell a proposé une solution non triviale : ajouter une sorte de substance magnétique au carburant afin de contrôler le mouvement du carburant dans le réservoir à l'aide d'un aimant externe. C’est ainsi qu’est né le liquide ferromagnétique.

La composition minimale d'un fluide ferromagnétique est : ferromagnétique (par exemple, petites particules de métal magnétique) et solvant (par exemple, diverses huiles). Mais ce liquide va se déposer. Pour éviter que cela ne se produise, il est nécessaire d'ajouter un modificateur de surface (une substance qui empêche les ferromagnétiques de coller ensemble, par exemple de l'acide citrique). Les liquides ferromagnétiques sont étudiés par la branche de la chimie colloïdale.

Le fluide magnétique présente tous les avantages d'un matériau liquide - un faible coefficient de frottement au contact d'un corps solide, la capacité de pénétrer dans des microvolumes, la capacité de mouiller presque toutes les surfaces, etc. contrôlabilité magnétique du fluide magnétique permet de le maintenir à l'endroit souhaité sur l'appareil sous l'influence d'un champ magnétique.

2.2 Partie pratique :

Dans la partie pratique du travail, j'ai essayé de fabriquer un fluide ferromagnétique et de voir comment il évolue en présence d'un aimant.

2.2.1 Matériels et outils :

Poudre de toner, révélateur, limaille de fer, poudre magnétique ;

Huile de machine, huile de tournesol;

Acide de citron ;

Aimants néodyme : issus d'un disque dur d'ordinateur classique, d'un haut-parleur audio, d'un anneau aimanté néodyme acheté en magasin spécialisé ;

Bouteille, entonnoir, différentes surfaces, sac plastique, gants, bâton ;

Bloc-notes, stylo, appareil photo, ordinateur portable.

2. 2.2 Expérience n°1 Obtention de liquide ferromagnétique à partir de poudre de toner et d'huile de machine

Il existe de nombreux sites sur Internet mondial qui décrivent une méthode de production de liquide ferromagnétique à partir de poudre de toner et d'huile de machine dans la proportion d'un tiers de poudre de toner, le reste d'huile de machine. J'ai pris de la poudre de toner pour les imprimantes laser Brother et de l'huile pour machine. Mélangé dans une bouteille en plastique. Après mixage, j'ai appliqué un aimant et rien ne s'est passé. Le liquide a été obtenu, mais il n’avait pas de propriétés magnétiques. Si le liquide était magnétique, il se solidifierait et changerait de forme lorsque l’aimant bouge. L'expérience s'est soldée par un échec.

2.2.3 Expérience n°2 Obtention de liquide ferromagnétique à partir de poudre de toner, de révélateur et d'huile de machine

De ma première expérience, j'ai conclu que le toner utilisé n'est pas ferromagnétique. Les imprimantes laser modernes utilisent un révélateur – une poudre magnétique spéciale – pour magnétiser l'encre. J'ai ajouté un tiers du volume de révélateur au liquide obtenu lors de la première expérience. Lorsque j'ai approché l'aimant, le liquide a formé un monticule presque imperceptible et Pas endurci. Le résultat fut un liquide aux propriétés ferromagnétiques faibles. L'expérience s'est soldée par un échec.

2.2.4 Expérience n°3 Obtention de fluide ferromagnétique à partir de limaille de fer et d'huile de machine

Après les deux premières expériences infructueuses, j’ai commencé à réfléchir à la force de l’aimant. A l'aide duquel je vérifie la présence de propriétés magnétiques. Pour tester le fluide, j'ai utilisé deux aimants : un aimant provenant d'un haut-parleur audio et un aimant en néodyme provenant d'un disque dur d'ordinateur (HDD) obsolète. Afin de m'assurer qu'un liquide ferromagnétique n'est pas obtenu en raison des propriétés du ferromagnétique dans le liquide, et non de l'aimant, j'ai ajouté de la limaille de fer ordinaire à la solution résultante ( déchets résultant du travail sur une machine à travailler les métaux). L'aimant a attiré tous les éléments ferreux du liquide vers la paroi ! Des propriétés magnétiques sont apparues, mais tout ce que j'ai mélangé peut difficilement être qualifié de liquide. L’expérience s’est encore une fois soldée par un échec.

2.2.5 Expérience n°4 Préparation de liquide ferromagnétique à partir de poudre magnétique et d'huile de tournesol

Alors, pour obtenir un liquide ferromagnétique il faut un bon ferromagnétique ! Dans le magasin spécialisé World of Magnets, j'ai acheté une poudre magnétique de fer spéciale pour les expériences.

2.2.6 Expérience n°5 Préparation de liquide ferromagnétique à partir de poudre magnétique, d'acide citrique et d'huile de tournesol.

Pour éviter que le liquide ferromagnétique ne se sépare, un tensioactif (tensioactif) y est ajouté. J'ai choisi l'acide citrique comme tensioactif.

2.2.7 Expérience n°6 Etude des propriétés du fluide ferromagnétique. Contrôle magnétique.

Pour étudier les propriétés du liquide obtenu, j'ai utilisé un aimant en néodyme.

2.2.8 Expérience n°7 Etude des propriétés du fluide ferromagnétique. Capacité à pénétrer les microvolumes(blocage du trou )

Dans la dernière expérience, j'ai essayé de comprendre comment fermer les trous contre les fuites à l'aide d'un aimant externe. Pour ce faire, j’ai d’abord versé mon liquide dans un flacon en plastique comportant un gros trou au fond. Puis il a amené l'aimant contre le mur à côté du trou et a soulevé la fiole. Le liquide solidifié sous l’influence d’un aimant empêchait le reste du liquide de s’écouler. Dès que j'ai retiré l'aimant, tout s'est écoulé hors du flacon.

2.3 Application pratique

Application des liquides ferromagnétiques :

1. Les revêtements radio-absorbants pour avions sont fabriqués à base de fluide ferromagnétique.
2. Les créateurs de la célèbre Ferrari utilisent du fluide magnétorhéologique dans la suspension de la voiture : en manipulant l'aimant, le conducteur peut rendre la suspension plus rigide ou plus souple à tout moment.
3. Le fluide ferromagnétique est utilisé dans certains tweeters pour éliminer la chaleur de la bobine mobile. En même temps, il fonctionne comme un silencieux mécanique, supprimant les résonances indésirables. Le fluide ferromagnétique est retenu dans l'espace autour de la bobine mobile par un champ magnétique puissant, étant en contact simultanément avec les surfaces magnétiques et la bobine.
4. Les liquides ferromagnétiques ont de nombreuses applications en optique en raison de leurs propriétés réfractives. Parmi ces applications figure la mesure de la viscosité spécifique d'un liquide placé entre un polariseur et un analyseur, éclairé par un laser hélium-néon.
5. En tant que fluide de travail dans les capteurs d'inclinaison et les accéléromètres.
6. Dans les séparateurs magnétiques pour séparer et séparer des matériaux de différentes densités. Le fluide magnétique possède une autre propriété étonnante et vraiment unique. Dans celui-ci, comme dans tout liquide, flottent des corps moins denses et des corps plus denses que lui coulent. Mais si vous lui appliquez un champ magnétique, les corps noyés commencent à flotter. De plus, plus le champ est fort, plus les corps lourds remontent à la surface. En appliquant un champ magnétique de force variable, il est possible de forcer des corps ayant une certaine densité donnée à flotter. Cette propriété du fluide magnétique est désormais utilisée pour l’enrichissement du minerai. Il est noyé dans un fluide magnétique, puis, avec un champ magnétique croissant, les stériles sont forcés de flotter d'abord, puis les lourds morceaux de minerai. Par exemple, pour séparer l'or et le concentré.
7. Pour nettoyer les surfaces d'eau des produits pétroliers lors de déversements d'urgence et de catastrophes.
8. Appareils d'impression et de dessin. Il existe des appareils d'impression et de dessin qui fonctionnent au fluide magnétique. Un peu de fluide magnétique est ajouté à la peinture et cette peinture est pulvérisée en un mince filet sur le papier placé devant elle. Si le flux n’est dévié par rien, une ligne sera tracée. Mais des électroaimants sont placés sur le trajet du flux, comme les électroaimants de déviation d’un tube cathodique de télévision. Le rôle du flux d'électrons est ici joué par un mince filet de peinture avec un fluide magnétique - c'est celui-ci qui est dévié par les électro-aimants, et les lettres, graphiques et dessins restent sur le papier.

3. CONCLUSIONS

conclusions

1. À la maison, vous pouvez préparer un liquide ferromagnétique et étudier ses propriétés.
2. Le succès des expériences dépend de la force de l’aimant et de la qualité du ferromagnétique. Si vous utilisez de la poudre de toner ou du révélateur d'imprimante, vous devez vous assurer qu'il contient de la poudre magnétique.
3. À l’aide d’un aimant, vous pouvez observer certaines propriétés d’un fluide ferromagnétique et comprendre le fonctionnement de différents mécanismes.

LISTE DES SOURCES ET RÉFÉRENCES UTILISÉES

1. Comment fabriquer du fluide ferromagnétique à la maison ? Viktorova L.
2. (« NiZh », 2015, n° 12) https://www.hij.ru/read/issues/2015/december/5750/
3. FLUIDE MAGNÉTIQUE, I. Senateskaya, candidat en sciences chimiques F. Bayburtsky https://www.nkj.ru/archive/articles/4971/ (Science et vie, FLUIDE MAGNETIQUE)
4. Fluide ferromagnétique 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. Ferrofluide - qu'est-ce que c'est et comment fabriquer soi-même du ferrofluide http://www.sciencedebate2008.com/ferrofluid/

APPLICATION DU FLUIDE FERROMAGNÉTIQUE (FMF)

Domaines d'application des fluides ferromagnétiques

Les fluides ferromagnétiques sont utilisés pour créer des dispositifs d'étanchéité aux liquides autour des axes de rotation des disques durs. L'axe de rotation est entouré d'un aimant et une petite quantité de fluide ferromagnétique est placée dans l'espace entre l'aimant et l'axe, qui est retenu par l'attraction de l'aimant. Le liquide forme une barrière qui empêche les particules extérieures de pénétrer dans le disque dur. Selon les ingénieurs de Ferrotec Corporation, les joints liquides sur les axes rotatifs résistent normalement à des pressions de 3 à 4 psi (environ 20 680 à 27 580 Pa), mais ces joints ne conviennent pas très bien aux composants à mouvement linéaire (tels que les pistons), car le liquide est aspiré mécaniquement. hors de l'écart.

Le fluide ferromagnétique est également utilisé dans de nombreux haut-parleurs haute fréquence pour éliminer la chaleur de la bobine mobile. En même temps, il fonctionne comme un amortisseur mécanique, supprimant les résonances indésirables. Le fluide ferromagnétique est retenu dans l'espace autour de la bobine mobile par un champ magnétique puissant, étant en contact simultanément avec les surfaces magnétiques et la bobine.

Le fluide ferromagnétique peut réduire la friction. Lorsqu'il est appliqué sur la surface d'un aimant suffisamment puissant, tel que le néodyme, il permet à l'aimant de glisser sur une surface lisse avec une résistance minimale.

Ferrari utilise des fluides magnétorhéologiques dans certains modèles de voitures pour améliorer les capacités de suspension. Sous l'influence d'un électro-aimant contrôlé par ordinateur, la suspension peut instantanément devenir plus rigide ou plus souple.

L'US Air Force a introduit une peinture radio-absorbante à base de fluide ferromagnétique. En réduisant la réflexion des ondes électromagnétiques, il contribue à réduire la zone de diffusion effective de l'avion.

La NASA a mené des expériences sur l'utilisation d'un fluide ferromagnétique dans un anneau fermé comme base d'un système de stabilisation d'un vaisseau spatial dans l'espace. Le champ magnétique affecte le fluide ferromagnétique dans l'anneau, modifiant le moment cinétique et affectant la rotation du navire.

Les liquides ferromagnétiques ont de nombreuses applications en optique en raison de leurs propriétés réfractives. Parmi ces applications figure la mesure de la viscosité spécifique d'un liquide placé entre un polariseur et un analyseur, éclairé par un laser hélium-néon.

En médecine, les liquides ferromagnétiques biocompatibles peuvent être utilisés pour diagnostiquer le cancer. De nombreuses expériences sont également menées sur l’utilisation de fluides ferromagnétiques pour éliminer les tumeurs. On suppose qu'un fluide ferromagnétique est injecté dans la tumeur et exposé à un champ magnétique changeant rapidement, et que la chaleur générée par la friction peut détruire la tumeur.

Si un champ magnétique est appliqué à un fluide ferromagnétique de susceptibilité différente (par exemple, en raison d'un gradient de température), une force volumique magnétique non uniforme apparaît, ce qui conduit à une forme de transfert de chaleur appelée convection thermomagnétique. Cette forme de transfert de chaleur peut être utilisée là où la convection conventionnelle ne convient pas, comme dans les micro-appareils ou dans les environnements à faible gravité.

L'utilisation de fluide ferromagnétique pour dissiper la chaleur dans les enceintes a déjà été évoquée. Le fluide occupe l'espace autour de la bobine mobile, maintenu en place par le champ magnétique. Les liquides ferromagnétiques ayant des propriétés paramagnétiques, ils obéissent à la loi de Curie-Weiss et deviennent moins magnétiques à mesure que la température augmente. Un aimant puissant situé près de la bobine acoustique, qui produit de la chaleur, attire le fluide froid plus que le fluide chaud, éloignant le fluide chaud de la bobine et vers le refroidisseur. Il s'agit d'une méthode de refroidissement efficace qui ne nécessite pas d'énergie supplémentaire.

Un fluide ferromagnétique gelé ou polymérisé, situé dans une combinaison de champs magnétiques constants (magnétisants) et alternatifs, peut servir de source de vibrations élastiques avec la fréquence du champ alternatif, qui peuvent être utilisées pour générer des ultrasons.