О НЕКОТОРЫХ АСПЕКТАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

Магнитные жидкости представляют собой высокоустойчивые коллоидные растворы однодоменных ферро- и ферримагнитных микрочастиц в жидкости-носителе (воде, углеводородных средах, минеральных и кремнийорганических маслах и т.п.) [1]. На свойства магнитных жидкостей большое влияние оказывает выбор дисперсного магнетика, в качестве которого используются, ферриты-шпинели, ферриты-гранаты, а также переходные металлы, высокодисперсное железо, никель, кобальт и другие.

Для агрегативной устойчивости коллоидных систем с магнитными частицами (т.е. не слипанию магнитных частиц в дисперсной среде) необходимо, чтобы сближение частиц вызывало появление сил отталкивания между ними. Это достигается путем введения в магнитную жидкость определенного количества стабилизатора – поверхностно-активного вещества. Образованный на поверхности частиц молекулами поверхностно-активного вещества адсорбционный слой создает структурно-механический барьер, препятствующий укрупнению частиц из-за их слипания.

Слайд 3

Магнитные свойства магнитных жидкостей определяются объемным содержанием твердой магнитной фазы, которое может достигать 25 процентов от объема магнитной жидкости. Магнитная восприимчивость магнитных жидкостей на несколько порядков больше, чем у однородных парамагнитных жидкостей. Ее величина зависит от размера частиц и их объемной концентрации. При этом чем больше размер магнитных частиц, тем большим магнитным моментом они обладают и магнитные свойства такой магнитной жидкости выражены сильнее. Тем не менее, увеличение размеров частиц ограничено возможностью слипания частиц вследствие их большого магнитного момента или нарушения условия однодоменности.

Слайд 4

В магнитных жидкостях в качестве дисперсной среды выступают, как правило, полярные или неполярные диэлектрики с очень малой проводимостью. Магнитные частицы дисперсной фазы имеют проводимость в среднем на 10 порядков выше молекул и атомов дисперсионной среды, однако они окружены плотным слоем их молекул поверхностно-активного вещества, поэтому проводимость магнитной жидкости не обусловлена проводимостью частиц магнетита. Проводимость самой магнитной жидкости соответствует электрическим свойствам разбавленных электролитов. Считается, что носителями заряда в магнитной жидкости являются ионы примесей, получаемых в результате химической конденсации при выпадении в осадок небольшого количества магнитных частиц.

Под действием внешнего электрического (и магнитного) поля эти носители заряда могут перемещаться в магнитной жидкости, создавая таким образом ток.

Однако сильное внешнее электрическое поле действует на магнитные частицы с силой Кулона, заставляя их перемещаться не хаотично, а направленно, в результате возникает перенос заряда в магнитной жидкости и ее электропроводность растет.

Слайд 5

Подводя итог, можно сказать, что под действием внешнего электрического поля ионы примесей, образующихся в магнитной жидкости в результате различных химических реакций, приходят в направленное движение и создают электрический ток. Причем именно они вносят наибольший вклад в перенос заряда вследствие того, что плотная оболочка поверхностно активного вещества, окружающего магнитные частицы, уменьшает на 6-10 порядков внешнее электрическое поле, в которое попадают магнитные частицы. С ростом напряженности внешнего электрического поля увеличивается количество переносимого заряда и электропроводность магнитной жидкости в целом. При некотором значении электрического поля происходит пробой слоя поверхностно-активного вещества, окружающего магнитные частицы и резкий рост электропроводности за счет магнитных частиц [4].

Таким образом, магнитные жидкости под действием внешнего электрического поля могут проводить электрический ток.

Электропроводность магнитных жидкостей обусловлена несколькими механизмами: объемной и поверхностной проводимостью примесных носителей зарядов, а также перемещением магнитных частиц. С ростом внешнего электрического поля электропроводность магнитных жидкостей растет.

В магнитной жидкости при определенных условиях (определенной температуре) и под действием внешних полей может происходить передача электрического заряда из одной области магнитной жидкости в другую. Таким образом, магнитная жидкость может служить переносчиком электрического тока.

Слайд 6

На основании нашего исследования мы разработали элективный курс по теме: «Электрическая проводимость магнитной жидкости».

Программа элективного курса «Электрическая проводимость магнитной жидкости» предназначена для учащихся 11 класса, в том числе профильного обучения. Программа элективного курса имеет практическую направленность. Данная программа раскрывает широкие возможности практического применения магнитных жидкостей и их свойств, а также законов и теорий электродинамики, во многих областях науки и техники. На данном слайде мы приведем тематическое планирование элективного курса.