САМООРГАНИЗАЦИЯ СЛОЯ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

В.М. Кожевников, И.Ю. Чуенкова, М.И. Данилов, С.С. Ястребов

Северо-Кавказский государственный технический университет, г. Ставрополь

E-mail: kvm@stv.runnet.ru

Поступило в Редакцию Университета 20 апреля 2005 г.

Исследовано влияние поляризующего напряжения на электрические свойства слоя магнитной жидкости, заполняющего межэлектродное пространство плоскопараллельного конденсатора, включенного в последовательный резонансный контур. В слое магнитной жидкости зарегистрированы образование, развитие и самоорганизация агрегатов размером порядка единиц миллиметров, которые влияют на его электрофизические свойства.

Изменение электрофизических свойств магнитной жидкости при наличии структурных образований в электрических полях изучалось во многих работах [1-3]. Авторами исследовалось образование структур при воздействии слабых электрических полей напряженностью до 400kV/m. Было установлено, что средний размер структурных образований не превышал единиц микрон, их появление связывалось с повышением концентрации дисперсной фазы вблизи электродов и последующим агрегированием. Процесс агрегирования интерпретировался на основе термодинамических представлений о фазовых переходах. Известно, что в результате сильных внешних воздействий на различные среды могут появиться качественно новые структурные образования, связанные с явлениями самоорганизации.

Целью настоящей работы является исследование электрофизических свойств слоя магнитной жидкости в сильных электрических полях.

Электрическая схема экспериментальной установки представляла собой последовательный колебательных контур. В его состав входили стандартная катушка индуктивноcти L = 0.22 H и конденсатор, выполненный в виде двух плоскопараллельных стеклянных пластин с односторонним проводящим покрытием, между которыми находится слой магнитной жидкости [3]. Толщина слоя магнитной жидкости определялась диэлектрической прокладкой, конструкция ячейки позволяла подавать постоянное электрическое поле Ер напряженностью до 5000 kV/m. Использовалась магнитная жидкость на основе керосина с магнетитовыми частицами, стабилизированными олеиновой кислотой, с объемной концентрацией твердой фазы j = 2%.

Рисунок 1. Самоорганизация слоя магнитной жидкости под действием различной величины поляризующего электрического поля.

На вход последовательного колебательного контура от генератора подавалось напряжение синусоидальной формы с действующим значением U = 1.5 V и изменяемой частотой. Резонанс достигался изменением частоты входного напряжения и определялся по максимуму переменного тока через контур. Ток в контуре вычислялся по падению напряжения на шунте Rs = 100 W, измеряемого вольтметром. Поляризующее напряжение подавалось на ячейку от источника постоянного напряжения и регистрировалось вольтметром.

В проходящем свете визуально зарегистрированы структурные образования размером 0.1... 5 mm, форма и размер которых изменяются в зависимости от величины поляризующего напряжения и времени его воздействия. Так, при повышении напряженности поляризующего электрического поля структурные образования увеличиваются и переходят сначала из ячеистых в лабиринтные, а затем во фрактальные кластеры (рис. 1). Одновременно проводимые наблюдения в отраженном свете интерференционной картины на поверхности ячейки показали наличие автоволновых процессов.

Представленные на рис. 2 изменения резонансного тока в зависимости от поляризующего напряжения для каждой толщины слоя обусловлены изменением проводимости ячейки. В свою очередь изменение проводимости происходит вследствие возникновения агрегатов, их структурирования и самоорганизации. Чем меньше толщина слоя магнитной жидкости, тем значительнее изменение резонансного тока под воздействием электрического поля. Наблюдаемые структуры при толщине слоя 20... 40 mт под воздействием поляризующего напряжения 20—30 V имеют вид вихрей с расходящимися от центра спиральными волнами (рис. 1).

Рисунок 2. Изменение резонансного тока контура от поляризующего напряжения при толщине слоя магнитной жидкости d с j = 2%: 1 — d = 20 mm; 2— d = 40mm; 3 — d = 80mm; 4 — d = 110mm; 5 — d= 150mm; 6 — d = 220 mm.

Наличие максимума резонансного тока для слоя магнитной жидкости 80... 220 mm в диапазоне поляризующих напряжений 20—30 V связано с синхронизацией автоволновых процессов. Увеличение толщины слоя от 80 до 220 mm не влияет на характер

зависимости резонансного тока от поляризующего напряжения. Наблюдается хорошая повторяемость результатов, случайная ошибка не превышает 1.5%.

Установлено, что величина резонансного тока контура, а следовательно, и проводимость ячейки в отсутствие поляризующего напряжения не зависят от толщины слоя магнитной жидкости. Откуда следует, что при данных условиях электрические свойства определяются при-электродными областями, которые обладают низкой проводимостью. Воздействие поляризующего напряжения на ячейку с магнитной жидкостью приводит к возникновению согласованного движения носителей заряда, проявлением которого являются наблюдаемые структурные образования. Изменение характера зависимости резонансного тока контура от поляризующего напряжения при уменьшении толщины слоя магнитой жидкости связано с уменьшением количества частиц магнетита в межэлектродном пространстве, участвующих в образовании диссипативных структур.

Список литературы

[1] Kozhevnikov V.M., Morozova T.F. // Magnetohydrodynamics. 2001. V. 37. N 4. P. 383-388.

[2] Dikansky Yu.I., Nechaeva O.A. // Magnetohydrodynamics. 2002. V. 38. N 3. P. 287-291.

[3] Kozhevnikov V.M., Larionov J.A., Chuenkova I.J. et al. // Magnetohydrodynamics. 2004. V. 40. N 3. P. 269-280.