ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСІВ зарядостворення в ШАРІ МАГНІТНОЇ РІДИНИ
Вегера Ж.Г., Диканський Ю.І., Шацький В.П.
Особливості поведінки магнітних колоїдів в електричних полях багато в чому визначаються взаємопов'язаними процесом формування в приелектродному просторі вільного заряду і зміною структурного стану системи. Дійсно, у разі утворення поблизу електродів шару більш концентрованою магнітної рідини на межі між сильно і слабоконцентрірованнимі фазами повинен з'явитися вільний заряд, що призводить до зменшення напруженості електричного поля в осередку. Оцінку величини формується гетерозаряд можна зробити, представивши вимірювальну комірку у вигляді конденсатора, що містить три шари слабкопровідних діелектрика. Припустимо, що товщина шарів висококонцентрованою фази у кожного з електродів однакова і дорівнює
Аналіз формули (1) показує, що для оцінки
Очевидно, що напруженість поля, знайдена згідно з формулою E = grad j шляхом підстановки j у вигляді виразу (2), також змінюється як вздовж напрямку паралельного площині шару (x), так і перпендикулярного (z) йому. При цьому зневага неоднорідним просторовим розподілом поля зарядженої сітки можливо тільки на відстанях, що значно перевищують розміри комірок сітки. Можна припустити, що саме гратчастий характер сформувався в приелектродному просторі шару висококонцентрованою рідини (на міжфазних поверхнях якого зосереджуються вільні заряди) і є причиною плавного, а не стрибкоподібної зміни напруженості поля в залежності від відстані від електродів, встановленого в [2]. Вищевикладене вказує на необхідність пошуку більш точних способів визначення величини формується у приелектродному просторі вільного заряду. З метою здійснення одного з таких способів нами були проведені дослідження особливостей електричної провідності при створенні течії в магнітної рідини [3]. Виявилося, що значення сили струму, що протікає через осередок з магнітною рідиною, збільшується при зростанні швидкості зсуву, досягаючи при деякому градієнті швидкості максимального значення. Було припущено, що спостережуване явище пов'язане з повним розмиванням приелектродних заряду. Останнє дозволило зробити розрахунок величини поверхневої щільності цього заряду, яка виявилася рівною s = 0,4 мкКл / м 2, що узгоджується по порядку величини з наведеним в [2], де його оцінка проводилася при використанні іншого (непрямого) методу.
З метою подальшого вивчення особливостей процесу переносу заряду в колоїдної середовищі, і зв'язки їх з процесами структуруванні, подібні дослідження були проведені для зразків магнітної рідини з різним об'ємним вмістом дисперсної фази (рис. 1). Як видно з малюнка, значення струму, а також його зміна зі збільшенням швидкості течії рідини істотно залежить від концентрації твердої фази. Отримані залежності дозволили розрахувати за методикою, пропоновані в [3], значення поверхневої щільності приелектродних заряду для зразків відповідних концентрацій (рис. 2).
Виявилося, що максимум σ = f (С) відповідає магнітної рідини, з концентрацією твердої фази С = 6%. Додатково проведені дослідження концентраційної залежності електричної провідності (розрахунок якої проводився по ВАХ зразків) магнітної рідини виявили наявність на ній максимуму при концентрації, що відповідає максимуму концентраційної залежності поверхневої щільності приелектродних заряду.
Результати дослідження залежності струму від швидкості зсуву дозволяють також оцінити час формування вільного заряду в приелектродному просторі. Дійсно, припинення збільшення струму при деякій швидкості потоку може вказувати на те, що час протікання рідини між електродами не достатньо для утворення в ній вільного заряду. Це дає можливість при відомих розмірах осередку провести оцінку часу формування заряду. Відповідні розрахунки дали для цього часу значення порядку кількох одиниць секунд (залежно від взятої в розрахунок товщини поверхневого шару), що відповідає часу утворення поблизу поверхні лабіринтової структури. Для оцінки часу формування вільного заряду в приелектродному просторі були також проведені частотні дослідження електропровідності магнітної рідини.
На рис.3 наведена залежність опору осередку з магнітною рідиною від частоти подається на неї напруги при різних концентраціях вільної (незв'язаної) олеїнової кислоти.
Якщо припустити, що спостережуване зменшення опору відбувається внаслідок того, що при цій частоті поля заряд не встигає накопичуватися близи електродів, то час релаксації цього заряду виявляється рівним t = 10 -3 -10 -4 с, що значно відрізняється від значення, отриманого за результатами дослідження залежності сили струму від швидкості сдвигового течії. Це може свідчити про складний процес формування вільного заряду в приелектродних області - спочатку відбувається накопичення заряду в приелектродному просторі, що приводить до виникнення шару висококонцентрованою фази. Надалі відбувається формування заряду на межі цього шару з рештою обсягом магнітної рідини.
Література
1. А.І. Ахієзер. Електричні та магнітні явища. - Київ: Наукова думка, 1981. - 472 с.
2. Єрін К.В. Вивчення кінетики подвійного променезаломлення в колоїдних системах при впливі зовнішніх електричного і магнітного полів: Дис. канд. фіз.-мат. наук. - Ставрополь, 2001 .- 151 с.
3. Вегера Ж.Г., Диканський Ю.І. Ефекти структуроутворення та особливості процесу переносу заряду в тонких шарах магнітної рідини / / Матеріали 50-ї ювілейної науково-методичної конференції викладачів і студентів «Університетська наука - регіону». - Ставрополь: Вид-во СГУ, 2005. - С. 11-15.
Вегера Ж.Г., Диканський Ю.І., Шацький В.П.
Особливості поведінки магнітних колоїдів в електричних полях багато в чому визначаються взаємопов'язаними процесом формування в приелектродному просторі вільного заряду і зміною структурного стану системи. Дійсно, у разі утворення поблизу електродів шару більш концентрованою магнітної рідини на межі між сильно і слабоконцентрірованнимі фазами повинен з'явитися вільний заряд, що призводить до зменшення напруженості електричного поля в осередку. Оцінку величини формується гетерозаряд можна зробити, представивши вимірювальну комірку у вигляді конденсатора, що містить три шари слабкопровідних діелектрика. Припустимо, що товщина шарів висококонцентрованою фази у кожного з електродів однакова і дорівнює
Аналіз формули (1) показує, що для оцінки
Очевидно, що напруженість поля, знайдена згідно з формулою E = grad j шляхом підстановки j у вигляді виразу (2), також змінюється як вздовж напрямку паралельного площині шару (x), так і перпендикулярного (z) йому. При цьому зневага неоднорідним просторовим розподілом поля зарядженої сітки можливо тільки на відстанях, що значно перевищують розміри комірок сітки. Можна припустити, що саме гратчастий характер сформувався в приелектродному просторі шару висококонцентрованою рідини (на міжфазних поверхнях якого зосереджуються вільні заряди) і є причиною плавного, а не стрибкоподібної зміни напруженості поля в залежності від відстані від електродів, встановленого в [2]. Вищевикладене вказує на необхідність пошуку більш точних способів визначення величини формується у приелектродному просторі вільного заряду. З метою здійснення одного з таких способів нами були проведені дослідження особливостей електричної провідності при створенні течії в магнітної рідини [3]. Виявилося, що значення сили струму, що протікає через осередок з магнітною рідиною, збільшується при зростанні швидкості зсуву, досягаючи при деякому градієнті швидкості максимального значення. Було припущено, що спостережуване явище пов'язане з повним розмиванням приелектродних заряду. Останнє дозволило зробити розрахунок величини поверхневої щільності цього заряду, яка виявилася рівною s = 0,4 мкКл / м 2, що узгоджується по порядку величини з наведеним в [2], де його оцінка проводилася при використанні іншого (непрямого) методу.
З метою подальшого вивчення особливостей процесу переносу заряду в колоїдної середовищі, і зв'язки їх з процесами структуруванні, подібні дослідження були проведені для зразків магнітної рідини з різним об'ємним вмістом дисперсної фази (рис. 1). Як видно з малюнка, значення струму, а також його зміна зі збільшенням швидкості течії рідини істотно залежить від концентрації твердої фази. Отримані залежності дозволили розрахувати за методикою, пропоновані в [3], значення поверхневої щільності приелектродних заряду для зразків відповідних концентрацій (рис. 2).
Виявилося, що максимум σ = f (С) відповідає магнітної рідини, з концентрацією твердої фази С = 6%. Додатково проведені дослідження концентраційної залежності електричної провідності (розрахунок якої проводився по ВАХ зразків) магнітної рідини виявили наявність на ній максимуму при концентрації, що відповідає максимуму концентраційної залежності поверхневої щільності приелектродних заряду.
Результати дослідження залежності струму від швидкості зсуву дозволяють також оцінити час формування вільного заряду в приелектродному просторі. Дійсно, припинення збільшення струму при деякій швидкості потоку може вказувати на те, що час протікання рідини між електродами не достатньо для утворення в ній вільного заряду. Це дає можливість при відомих розмірах осередку провести оцінку часу формування заряду. Відповідні розрахунки дали для цього часу значення порядку кількох одиниць секунд (залежно від взятої в розрахунок товщини поверхневого шару), що відповідає часу утворення поблизу поверхні лабіринтової структури. Для оцінки часу формування вільного заряду в приелектродному просторі були також проведені частотні дослідження електропровідності магнітної рідини.
На рис.3 наведена залежність опору осередку з магнітною рідиною від частоти подається на неї напруги при різних концентраціях вільної (незв'язаної) олеїнової кислоти.
Якщо припустити, що спостережуване зменшення опору відбувається внаслідок того, що при цій частоті поля заряд не встигає накопичуватися близи електродів, то час релаксації цього заряду виявляється рівним t = 10 -3 -10 -4 с, що значно відрізняється від значення, отриманого за результатами дослідження залежності сили струму від швидкості сдвигового течії. Це може свідчити про складний процес формування вільного заряду в приелектродних області - спочатку відбувається накопичення заряду в приелектродному просторі, що приводить до виникнення шару висококонцентрованою фази. Надалі відбувається формування заряду на межі цього шару з рештою обсягом магнітної рідини.
Література
1. А.І. Ахієзер. Електричні та магнітні явища. - Київ: Наукова думка, 1981. - 472 с.
2. Єрін К.В. Вивчення кінетики подвійного променезаломлення в колоїдних системах при впливі зовнішніх електричного і магнітного полів: Дис. канд. фіз.-мат. наук. - Ставрополь, 2001 .- 151 с.
3. Вегера Ж.Г., Диканський Ю.І. Ефекти структуроутворення та особливості процесу переносу заряду в тонких шарах магнітної рідини / / Матеріали 50-ї ювілейної науково-методичної конференції викладачів і студентів «Університетська наука - регіону». - Ставрополь: Вид-во СГУ, 2005. - С. 11-15.