Неустойчивость формы капли магнитной жидкости в электрическом и магнитном полях
В настоящей работе исследована
неустойчивость достаточно крупных капель (2 мм< d <10 мм) магнитной жидкости, взвешенной
в глицерине. Исследования проводились при воздействии на каплю вращающегося
магнитного поля, при одновременном действии вращающегося магнитного и стационарного
электрического полей, а также при одновременном действии вращающегося и
стационарного магнитных полей. Кювета с каплей магнитной жидкости помещалась в
область однородности катушек Гельмгольца, которые вращались вокруг вертикальной
оси. Для создания стационарного магнитного поля применялась вторая пара катушек
Гельмгольца. Для создания стационарного электрического поля к кювете с каплей
МЖ прикреплялись электроды, представляющие собой плоские параллельные пластины,
на которые подавалось напряжение от высоковольтного источника. Наблюдения динамики
формы капли проводилось с использованием видеосъемки. Линейные размеры капли
измерялись с погрешностью не превышающей 6%.
Было установлено, что характер изменения
формы капли от частоты вращения существенно зависел от величины напряженности
магнитного поля. Если напряженность поля не превышала некоторого значения Н*
при некоторой частоте ω*, капля начинала сжиматься, превращаясь в
сплюснутый эллипсоид вращения. При Н>Н* с увеличением частоты капля
вытягивалась и при определенной частоте разрывалась. В отличие от предыдущих
работ, где наблюдалось деление капли на 2 равные части, нами было замечено, что
количество частей, на которые делится капля, зависит от условий разрыва. В нашем
эксперименте была исследована зависимость количества частей, на которые капля
делится, от частоты и напряженности вращающегося магнитного поля. Оказалось,
что при увеличении частоты вращения магнитного поля капля может
разрываться на 3, 4 и более частей. Например, при частоте вращения ω = 7 с-1
капля делилась на 2 части, а при частоте ω = 24 с-1 - на 13
частей. При w =7 с-1 в системе устанавливалось динамическое
равновесие. Капля принимала форму гантели, разрывалась на 2 равные части,
затем, после нескольких оборотов поля, снова соединялась, образуя гантель,
которая вновь делилась и т.д. При увеличении частоты капля принимала более сложную
форму и делилась на несколько не всегда равных частей. Затем некоторые из вновь
образованных капель попарно сливались, и происходил процесс, аналогичный
описанному выше. С ростом частоты менялось критическое значение напряженности
поля, при котором происходил разрыв капли.
Воздействие дополнительных стационарных электрического или
магнитного полей приводило к повышению устойчивости капли. Во всех
исследованных диапазонах частот и напряженностей полей, разрыва капель не
наблюдалось.