Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦССОВ ДЕФОРМАЦИИ КАПЕЛЬ МАГНИТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Исследование особенностей деформации микрокапель прямых и обратных эмульсий в магнитных и электрических полях

Цель работы:

Изучение деформации микрокапель прямых и обратных эмульсий в магнитных и электрических полях.

Идея эксперимента:

Изучение особенностей деформации микрокапель магнитной жидкости во внешних полях при взаимодействии с твердой поверхностью.

Теоретическая часть

Магнитные жидкости (МЖ) – стабилизированные коллоидные растворы ферромагнетиков в некоторой жидкости – носителе, их магнитные свойства определяются содержанием твердой магнитной составляющей, которая может достигать 25 объёмных процентов. МЖ представляют собой взвесь однодоменных микрочастиц ферро- и ферримагнетиков в жидкой немагнитной среде (керосине, воде, толуоле, минеральных и кремнийорганических маслах и т. п.).

Эмульсия – коллоидная дисперсия одной жидкости в другой, причем жидкости не растворимы друг в друге.

Большой интерес представляет поведение микрокапель магнитной эмульсии во внешних полях. Различают магнитные эмульсии, в которых дисперсная фаза представлена магнитной жидкостью, а дисперсионная среда – не магнитной, и обратные им эмульсии, в которых дисперсионной средой является магнитная жидкость, а дисперсная фаза представлена немагнитной жидкостью.

Особенности деформации магнитных микрокапель при воздействии электрического поля

Характер воздействия электрического поля на каплю определяется электрическими свойствами среды, из которой она состоит. Когда среда является идеальным диэлектриком, деформацию капли в вытянутый эллипсоид вращения и последующий ее разрыв легко объяснить теоретически, предполагая, что нормальная составляющая тензора электрических напряжений на поверхности капли уравновешена капиллярным давлением, возникающим вследствие неравномерности кривизны капли.

Полная энергия деформированного капельного агрегата складывается из электрической компоненты и энергии межфазного натяжения :

,    (1)

Электрическая компонента энергии равна

       (2)

где , ,  - угол между вектором напряженности и ориентацией капельного агрегата.

С учетом деполяризующего фактора, для проекций электрического момента нетрудно получить выражения:

,

,

где  - диэлектрическая проницаемость микрокапли,  - диэлектрическая проницаемость омывающей микрокаплю среды.

В случае, когда большая полуось деформированной микрокапли совпадает по направлению с напряженностью поля , для электрической энергии имеем

.

Энергия межфазного натяжения равна

,

где - эксцентриситет вытянутой капли,  - радиус невозмущенной капли,  - коэффициент межфазного натяжения.

Условие устойчивого положения эллипсоидальной капли, а так же ее разрыва, может быть найдено путем минимизации ее полной энергии

,    .

В случае малых деформаций

        (3)

Если окружающая каплю среда электропроводна, то к силам поляризационного происхождения добавляются и кулоновские силы, действующие на свободные заряды, накапливающиеся на межфазных границах гетерогенной среды. ............