Get Adobe Flash player
    Принимаются SMS-пожертвования на развитие ресурса     Копирование материалов     разрешено с обязательной ссылкой     на этот сайт     Принимаются SMS-пожертвования на развитие ресурса    

Эксперименты

Простой детектор полярности электростатических зарядов

В естественной природе  электрические заряды обоих полярностей ведут себя одинаково, но поскольку их носители могут сильно различаться, то это значит, что существуют некоторые различия, которые можно использовать для определения полярности электростатического заряда.

 

Основные способы определения полярности зарядов

Измерение полярности при помощью электроскопа. Обычный электроскоп заряжается  от исследуемого заряженного объекта, который  подносят  к его контактному электроду и стрелка укажет полярность и величину заряда .  Такой опыт является классическим и не обнаруживает никакой асимметрии между  зарядами двух полярностей.

По внешнему виду  коронного разряда . В темноте положительная корона выглядит, как струя с коротким ярким стволом.  Отрицательная корона — это просто свечение в виде  пятен на поверхности проводника.

По звуку коронного разряда: В асимметричном искровом промежутке между двумя шарами разного диаметра длинные искры легко получаются на меньшем  шаре  положительного заряда. Если меньший шар заряжен отрицательно, то слышен характерный шипящий звук и получаются только короткие искры.

По внешнему виду искры: Короткая искровой разряд между полированными клеммами ярче на положительном конце. Длинный искровой разряд  имеет прямой фрагмент на положительном конце.
Магнитные методы:
Аналоговый микроамперметр,  может определять направление тока .
Положительный ток исходит от положительного заряда, отрицательный ток от отрицательного заряда.
Аналоговые измерители тока, как правило, основаны на взаимодействии между магнитом и катушкой, где проходит электрический ток, и поэтому магнит служит для определения полярности.
 

Электронные методы: Электронные усилители такие как: вакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители и т.д . Все они  полярно зависимы, а  поэтому могут использоваться в качестве детекторов полярности.

 

Простой электронный электроскоп может быть изготовлен с помощью пары P и N канальных JFET или  MOSFET транзисторов, затворами подключенными к антеннам, а к стокам или истокам подключают светодиоды .

Тип полевых транзисторов не являются критическим. Однако, большей чувствительностью обладают транзисторы с меньшей входной емкостью, но устройство работает также хорошо даже с силовыми MOSFET транзисторами, имеющими  несколько единиц  наноФарад  входной емкости. Достоинство этой схемы в том, что она почти не потребляет ток, когда светодиоды  выключены.

Питание от 3 до 9  Вольт (нужно подобрать резисторы для светодиодов). Светодиоды красный и зеленый (можно использовать любые цвета) будут указывать  полярность изучаемого заряда.

Антенны автора представляют собой петли изолированного провода, но удобнее использовать 2 дБ антеннки от WI-FI оборудования.

Корпус прибора лучше изготовить металлический и обязательно заземлить на минус питающей батареи — это позволит избежать повреждения транзисторов прямыми разрядами и ненужных наводок.  Антенны также необходимо изолировать пластиковыми изоляторами.

Две маленькие кнопки используются для сброса заряда с затворов транзисторов и сброса детектора в ноль.

Желательно подбирать комплементарные пары полевых транзисторов, чтобы добиться максимальной симметрии чувствительности прибора.

 

По материалам    http://www.coe.ufrj.br/~acmq/polarity/

 

 

Магнитная жидкость из тонера

Магнитная жидкость из тонера.

 

Смотреть ВИДЕО этой жидкости

Простой способ сделать магнитную жидкость с красивыми ежиками — это тонер.
Тонер изначально проверить магнитом — он должен магнитится.
В нашем случае использован тонер от старого аналогового копира, причем даже не оригинальный, а левый «Кактус».
Итак, тонера нужно довольно много. В посуде в растительном масле(можно в минеральном) разводится тонер до состояния вязкой жидкости типа сгущенки.
После этого потребуется растворитель для вымывания красителя. Если кто не знает:  тонер — это мелкие металлические частицы, которые покрыты, как скорлупой, пластиковым красителем.
Так вот, заливается обильно растворитель, ксилол, ацетон или любой другой, что растворяет конкретный тонер. Как следует все перемешивается. Также нужен большой мощный магнит. Удерживая за дно магнитом магнитный осадок, сливается грязный растворитель. Операция повторяется до тех пор пока, растворитель не станет максимально прозрачным. После этого в осадок нужно добавить жидкое мыло, тщательно размешивать, а затем промывать водой, по аналогии также, как с растворителем. Качая магнит у дна наблюдать за поведением магнитного осадка. В итоге лучше залить керосином для консервации жидкости.

mllit
Весь процесс занимает не более 2 часов без каких либо центрофуг.

При работе с тонером соблюдать все правила заправки картриджей — чтобы комната не превратилась в угольный карьер!

 

Магнитный хранитель и его гистерезис

 

видео — магнитный хранитель новое и старое

Прошло около 2-х лет с момента публикации первой статьи, но экспериментаторы и популяризаторы в сети проявили интерес к этому опыту.
Поэтому было решено продолжить исследование свойств магнитного хранителя.
Более 15 лет назад от знакомого мастера по обслуживанию лифтов мне доводилось слышать, о такой проблеме, как магнитнное залипание сердечников, с которым он боролся путем вкладывания алюминиевой фольги в зазор сердечнников… Недавно от другого знакомого лифтера доводилось слышать подобное…
Хотелось бы обратить внимание. что те замагниченные катушки из первой статьи — до сих пор также сильно смагничены, что дает основание полагать, что такое поведение  полностью аналогично обычным магнитам.
Даже в инструкциях к школьным и лабораторным подковообразным магнитам, рекомендуется хранить их с замкнутым коромыслом, дабы избежать преждевременного саморазмагничивания.
Итак, собственно, его величество эксперимент — прошу любить и жаловать.
Сперва, вероятно, необходимо внести условные термины для исключения путаницы в дальнейшем. Итак, назовем магнитное поле, появляющееся при протекании электрического тока через такой магнитный хранитель, первичным, а второе, которое возникает после снятия напряжение — вторичным.

Схема опыта №2

magXrmov
Зазор подбирается эмпирически.
Намагничивание поочередно меняется полярностью питающего импульса. Можно увидеть, что нижний сердечник, при подаче противополярного импульса, сперва полностью и быстро размагничивается(падает), а затем вновь намагничивается с противоположной полярностью. Сила тяжести, в данном случае, позволяет визуализировать этот процесс.
Тут возникает важный вопрос — а равны ли по скорости процесс намагничивания и размагничивания? В классическом сердечнике такой процесс описывается петлей гистерезиса, то есть обычно они равны — полностью симметричны. А вот в случае с магнитным хранителем, очевидно есть разница, во всяком случае, по характеру противо-ЭДС.
Получается, что размагничивание вторичного магнитного поля быстрее или же значительно быстрее, чем намагничивание первичного…
Кстати, если вставить станиолевую фольгу в зазор, то магнитного залипания не будет.

Противофазность катушек.

 

wound2
Если одинаковые катушки намотаны сонаправлено и на одинаковые раздельные сердечники, то возникает классический эффект взаимного отталкивания одноименных полюсов, хотя если быть точнее, для одной пары полюсов, здесь же две пары — и поэтому сперва будет разворот на 180 градусов, а затем взаимное смагничивание. То есть возникает 2 процесса: взаимовращение и взаимопритяжение. Тут ничего загадочного нет. Но что же будет при условии единого сердечника? Механически сердечник развернутся не может, однако индикатор полюсов (если есть бросовый ЭЛТ монитор или ТВ можно на нем наблюдать) показывает классический двуполюсник. То есть поле одной из катушек то ли исчезло, то ли перевернулось…
Как известно, полюса магнита квантово связаны — то есть едины. Каким образом может исчезнуть диполь у одной из катушек? Скорее всего тут речь нужно ставить о развороте магнитного диполя у одной из катушек. Однако, разворот на 180 градусов его должен превратить в обычный электромагнит с правильно сфазированными катушками, после снятия напряжения, с которого, не возникает вторичного магнитного поля…
Возникает главный вопрос — откуда возникает вторичное магнитное поле, которое фиксируется обычными приборами при отрыве коромысла?
Вот здесь хотелось бы обратить внимание, на гипотезу профессора Николаева о скрытом(вторичном) перпендикулярном скалярном магнитном поле.
Если она верна, то тогда разворот происходит на 90 градусов, и скалярные поля, развернувшись на 90 градусов, превращаются в векторные, то есть те, к которым все привыкли. Скалярных поля должно быть два, у каждого из полюсов. Таким образом, в сердечнике возникает картина обычного магнитного диполя, где 2-я скалярная пара сжата и ненаблюдаемо находится в зоне стенки Блоха.
Поэтому, при снятии питания, первичное поле исчезает, с выбросом ЭДС, а сжатое вторичное поле заполняет все пространство сердечника, которое покинуло первичное поле,  и если, в этот момент, есть коромысло на плечах сердечника, то возникает магнитная ловушка, то есть возникновение вторичного магнитного поля.
Идея Николаева почерпнута из работ Ампера, который предполагал, что элементарные магнитные диполи это мельчайшие гироскопчики — то есть постоянно вращающиеся вокруг собственной оси частицы.
Первым кто озвучил концепцию о внутренней вращающейся энергии вещества был знаменитый русский ученый М.В. Ломоносов.
Во 2-м томе его собрания сочинений можно прочитать простую и убедительно доказанную теорию о природе теплоты(вместо царившей тогда парадигмы теплорода и флогистона).
Подобную гипотезу строения магнитного диполя предложил и американский изобретатель Говард Джонсон.
Широкое применение подобных катушек началось в магнитных отклоняющих системах с ЭЛТ(кадровые и строчные катушки),
так как противофазные катушки создают более интенсивное магнитное поле.
Подытоживая, хотелось бы сказать, что это осторожная попытка взглянуть на магнитный хранитель, малоизвестное технической общественности явление, с экспериментальной точки зрения.

Продолжение следует….

Пусковой ток

Проблема борьбы с пусковыми токами в силовых электромашинах не нова, и продолжает сегодня заставлять инженеров искать способы борьбы с этим явлением. Первым, как известно, столкнулся с этой проблемой Т. Эдисон, когда пытался создать долговечные вольфрамовые спирали для своих ламп накаливания.  Встречаются в технической литературе упоминания, что пусковой ток является результатом  взаимодействия магнитного поля планеты с проводником , в котором начинает протекать электрический ток. Страница из популярной книги «Ламповые усилители»  М.Джонса (Valve Amplifiers)

Morgan

Например, для инвертора пиковое значение пускового тока определяется уравнением i=Cхdv/dt, где С — емкостное сопротивление, общее сопротивление EMI-фильтра и входного сопротивления DC/DC-преобразователя, а dv/dt — это крутизна кривой напряжения. Пик тока фиксируется только один раз, если источник входного напряжения характеризуется очень быстрым временем восстановления напряжения. Для этого источник должен обладать достаточным запасом мощности. Как правило, резкое изменение напряжения бывает только в случаях механического переключения нагрузки или замыкания реле. Если источником питания является импульсный преобразователь, полупроводниковый регулятор мощности или конденсаторная батарея, то длительность импульса будет более продолжительной.

Простой эксперимент для наблюдения пускового тока от короткого прямоугольного импульса в проводнике. Кусок медного провода, батарейка и катушка, в качестве датчика тока, а также транзистор и генератор коротких импульсов. Катушка подойдет любая на каркасе, например от старого цветного телевизора — из блока сведения лучей, сердечник удален, а вместо него продет виток медного провода.

P1020998

Схема эксперимента

inrushCurrent1

На этом  анимированном изображении показана  осциллограмма напряжения и тока короткого импульса. Верхний(желтый) луч это ток, а нижний напряжение.

inrushAnim

По величине пика пускового тока можно понять сколь разрушительным он может быть в мощных  двигателях и трансформаторах.

Магнитный хранитель

Магнитный хранитель

…О вы, которых ожидает
Отечество от недр своих
И видеть таковых желает,
Каких зовет от стран чужих,
О, ваши дни благословенны!
Дерзайте ныне ободренны
Раченьем вашим показать,
Что может собственных  Платонов
И быстрых разумом  Невтонов
Российская земля рождать.
М.В.Ломоносов

 

видео — магнитный хранитель новое и старое

В современном информационном мире создана устойчивая иллюзорность того, что все в природе познано окончательно или во всяком случае на 99,99% .
Стоит просмотреть обложки технических журналов издания 20-30 годов прошлого века, причем не только отечественные, демонстрирующие кричащие агит-плакаты в духе — «ОСЕДЛАЕМ СИЛУ ЭЛЕКТРОНА!», «ЭЛЕКТРОНЫ НА СЛУЖБУ ТРУДЯЩИМСЯ!», «РЕКИ ВСПЯТЬ!»,  ну и подобные.

Многие знаменитые личности известны своими экстравагантными и эксцентричными идеями и поступками, а такие люди в истории были всегда,  например Леонардо да Винчи,  Джон Уоррел Кили,  Никола Тесла и многие другие.   Как правило, их наследие представляет собой непонятные устройства,  недомолвки, тайны и загадки.  Одним из таких людей, безусловно,  являлся Эдвард Лидскалнин. Знаменит он конечно же своим «Коралловым замком»,  а точнее непонятными способами изготовления различных элементов строения,  а также одной из своих брошюр — «Магнитный хранитель».

Вот об этом самом «Магнитном хранителе», точнее эффекте,  и пойдет речь…

Брошюра Магнитный хранитель

edward-book

Итак, само устройство оригинального магнитного хранителя Лидскалнина представляет собой ничто иное, как подковообразный сердечник и две одинаковые катушки на каждом плече сердечника,  соединенные меж собой противофазно.  Главный момент — катушки должны содержать, как можно большее количество витков, чтобы устройство могло работать от низковольтного источника питания.

PMH_MVAL_op_488x600

В качестве «донора» был использован двигатель  на 220в переменного тока от помпы стиральной машины.

pompa1

Пластинчатый сердечник от такого моторчика,  как раз имеет подковообразную форму,  готовые катушки,  да и плюс ко всему,  сниженную характеристику от токов Фуко.

Mag2

Эффект эксперимента наблюдается при наличии металлического коромысла на плечах сердечника,  достаточно кратковременно подать импульс 5-12 вольт на катушки. В момент,  пока подается ток в катушки, различия от обычного электромагнита нет, то есть коромысло,  как и положено в классическом электромагните,  притягивается к плечам сердечника.  Однако,  при снятии питающего напряжения,  коромысло остается примагниченным!  Чего, само собой, в классическом электромагните не наблюдается. Причем «замагничивание» сохраняется очень долго,  до тех пор пока не будет произведен механический отрыв коромысла от сердечника. После разрыва замкнутого магнитного контура «сердечник плюс коромысло» свойства постоянного магнита утрачиваются. Чтобы вновь «замагнитить» нужно подать ток в катушки.

Mag1

Несколько недель наблюдений не выявило никакого размагничивания. Тут хотелось бы заострить внимание на том, что поверхности плечей сердечника должны быть максимально отшлифованы, а лучше отполированы, также и само коромысло.  Если материал коромысла тоже из пластинчатого железа, то магнитная сила будет сильнее.
В общем первая возникающая аналогия — это магдебургский эксперимент 1654 года,  где из двух полушарий откачали воздух и разряжение меж этих полусфер
было таково, что их не смогли разорвать 16 запряженных лошадей.  То есть возможно понятие «магнитное насыщение» предстоит рассматривать, как «магнитное разряжение».

Гравюра Магдебург 1654г.

magde

Если гипотетически рассматривать магнитную силу, как особую разновидность электрического тока (не гальванический ток), во всяком случае в рамках
данного устройства, то возникает впечатление, что это самый настоящий сверхпроводник при нормальной температуре и в обычном дешевом металлическом материале.
Отдельно нужно оговорить электрические аномалии возникающие в этих катушках. Во первых все «чудеса» наблюдаются в момент снятия питания с катушек.
Например, при подаче  импульса 10 вольт на катушки  обратный «выхлоп» противо-ЭДС будет колебаться от 400 до 700 вольт,  с пропорциональным понижением силы тока. Получается некий индуктивный импульсный умножитель напряжения.
Противофазные последовательные катушки образуют собой так называемый «магнитный триполь» — по материалам википедии.  Эффект наблюдается как в случае параллельного включения катушек, так и последовательного, главное условие —  их противофазность и единый ферромагнитный сердечник.  При смене полярности возбуждающего импульса, меняются и полюса «замагничености», то есть сам сердечник, сперва полностью размагничивается, а затем перемагничивается. Частотные характеристики материала сердечника соответствуют своим справочным данным  — при подаче с генератора импульсов свыше нескольких сотен герц, коромысло размагничивается,  если оно предварительно было намагничено одиночным импульсом. Отдельно нужно заметить, что в состоянии «замагниченности» сердечника реакция на короткое замыкание катушек отсутствует,  то есть сердечник продолжает оставаться замкнутым постоянным магнитом. С ферритовыми сердечниками стоит ожидать куда более заметное повышение частоты и,  возможно,  еще каких либо аномалий. Интересный момент,  который бы хотелось отметить — если коромысло имеет форму подковы,  такую же,  как и основной сердечник,  а катушки размещены по центру зазоров, то эффект замагниченности исчезает, то есть поведение становится,  как у обычного электромагнита. Также интересно понаблюдать за этим эффектом при помощи компаса, а если есть возможность, то и магнетометром.

 

ПРОДОЛЖЕНИЕ

 

Мир в магнитном кольце

Кандидат технических наук Михаил Федорович Остриков сделал научное открытие, можно сказать, на ходу, а если точнее – в поезде, возвращаясь из Москвы в Ленинград. В столице он был по делу – пытался получить авторское свидетельство на свое очередное изобретение. Но после беседы с экспертами ВНИИГПЭ зарегистрировать новшество не удалось.

И вот, сидя в купе, он вертел в руках обычный металлический шарик от подшипника и ферритовое кольцо – детали отвергнутого изобретения. После очередного толчка поезда шарик закатился в кольцо, да и остался в нем. Михаил Федорович собирался уж было вынуть шарик, но вдруг ощутил, как надежно тот обосновался внутри. При его выталкивании в ту или иную сторону ощущалось противодействие, возвращающее шарик обратно.

Вроде бы все понятно: ферритовое кольцо – магнит, притягивающий металл. Остриков машинально представил себе общепринятую картину силовых линий кольцевого магнита и с этого момента лишился покоя.

Действительно, а какова картина магнитных силовых линий ферритового кольца с прямоугольным поперечным сечением, если одна его сторона представляет собой северный полюс, а другая – южный? Оказывается, в учебниках и справочной литературе по магнетизму она не приводится. Специалисты, к которым Остриков обращался со своим “наивным” вопросом, обычно отвечали “Все очень просто Структура линий будет примерно такой же, как у кольцевого проводника с постоянным током”. – “Но тогда, – говорил Михаил Федорович, – непонятно, почему шарик так прочно обосновывается внутри кольца, попадая будто в мешок”.

Наконец, он поставил простой опыт. Повернул ферритовое кольцо на ребро, продел сквозь картонку и насыпал на нее мелких металлических опилок. Встряхнул, чтобы они распределились в соответствии с магнитным полем, и увидел, что все происходит далеко не так. В области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходило что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходились, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок Он имел как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2 на рис. 1) Эта область, по сути, и есть открытие Острикова. Он назвал ее магнитным балджем (bulging – англ. выпуклый, выпяченный).

 

Рис. 1. Структура магнитных силовых линий ферритового кольца (представлено в разрезе)

Оказалось, что в точках 1 и 2 происходят “чудеса” – магнитное поле в них меняет направление. Одно из доказательств этого Михаил Федорович продемонстрировал прямо в редакции.

 

Рис. 2. а – гайка примагнитилась к поверхности шара, лежащей ниже второй особой точки; б – гайка отваливается от поверхности шара попавшей в окрестность особой точки; в – гайка вновь примагнитилась к шару над особой точкой

Он поднес снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянулась к нему (рис. 2а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее исследователь стал вносить шарик снизу вверх в кольцо. И вдруг – гайка отвалилась и упала на стол (рис. 2б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и оттолкнул от себя гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. 2в).

У Острикова поставлен с десяток опытов, подтверждающих наличие магнитного балджа. А что проку в нем? – возникает естественный вопрос.

Остриков зажал как-то ферритовое кольцо в патрон токарного станка и поместил в магнитный балдж три маленьких металлических шарика. Когда патрон завращался, они отделились от внутренней части кольца (к которой прилеплялись в покое) и закружились каждый по своей орбите, не вываливаясь из магнитной ловушки. Михаил Федорович не спешит с прогнозами, но и не отвергает того, что балдж может оказаться идеальной “посудиной” для высокотемпературной плазмы. А ее, как известно, ученые уже не одно десятилетие пытаются удержать в устройствах типа Токамак, дабы осуществить термоядерный синтез.

Зная о балдже, можно создать и более прозаические конструкции – бесконтактные подшипники, центрифуги, амортизаторы и многое другое.

Но самым глобальным следствием обнаруженного явления может оказаться пересмотр модели мироздания. Кружащие по своим орбитам шарики натолкнули Острикова на мысль, что и наша Земля движется под действием магнитных сил внутри вращающегося звездного кольца – Млечного Пути. Кто знает, возможно, открыв магнитную картину Вселенной, мы создадим новые способы перемещения в ней, и тогда балдж будет преподаваться в школьном курсе физики заодно с конструкцией МЛО – магнитных летающих объектов?

Ранее опубликовано: “Техника – молодежи”, №6, 1991 г.

Магнитная жидкость

Магнитная жидкость

Классическое представление формы и геометрии магнитного поля знакомо из курса средней общеобразовательной школы. Оказывается форма магнитного поля имеет ярко выраженную объемно-геометрическую структуру. Эксперименты с магнитной жидкостью наглядно это демонстрируют.

 

Под термином «магнитная жидкость» обычно подразумевается жидкость, притягиваемая магнитом, то есть реагирующая на магнитное поле. Более того, в сильных магнитных полях эта жидкость может утратить текучесть, став подобной твёрдому телу. Многие слышали о таких веществах, но большинство считают такие вещества экзотическим и дорогим продуктом высоких технологий, доступным лишь избранным счастливчикам. Это справедливо, но лишь отчасти. Иногда вполне достаточно менее качественного, но зато более чем доступного продукта, сделанного за несколько минут буквально из мусора.

«Профессиональная» магнитная жидкость обычно представляет собой коллоидный раствор мельчайших частиц магнитного материала, то есть устойчивую и неосаждающуюся с течением времени взвесь твёрдых частиц в жидкости. Чаще всего в качестве магнитного материала используется магнетит (Fe3O4), а размер его частиц как правило составляет от 2 до 30 нанометров (впрочем, встречаются упоминания и о более крупных частицах — вплоть до 10 микрометров).

Для предотвращения слипания и осаждения магнитных частиц используются различные типы поверхностно-активных веществ (ПАВ), в зависимости от вида базовой жидкости, образующей основу коллоидного раствора. В свою очередь, выбор базовой жидкости обусловлен предполагаемым назначением готового продукта и желаемым набором его свойств (вязкость, плотность, термостойкость, теплопроводность и т.д.). Помимо воды, наиболее популярными базовыми жидкостями для технических применений являются керосин и жидкие технические масла, для медико-биологических — различные типы органических жидкостей.

Из-за частиц магнетита магнитные жидкости обычно представляют собой непрозрачные густые субстанции чёрного цвета. Для снижения вязкости можно уменьшить концентрацию магнетита, однако при этом, естественно, снижаются и магнитные свойства жидкости. Использование вместо магнетита других магнитных наполнителей может придать жидкости окраску, отличную от чёрной (обычно разные оттенки жёлто-коричневой гаммы), но кристальной прозрачностью ни одна из таких жидкостей похвастаться не может.

Трудоёмкость получения «настоящих» магнитных жидкостей впечатляет — например, для механического измельчения частиц до нужного размера экспериментаторам требовалось 1000 часов работы шаровой мельницы (1.5 месяца без перерыва!). Другие методы тоже достаточно экзотичны, скажем, измельчение частиц электроконденсационным методом основано на создании вольтовой дуги в жидкости между погружёнными в неё электродами, промежуток между которыми заполнен измельчаемым материалом. Есть и чисто химические методы, однако и там не обходится без многократного центрифугирования продуктов реакции. Зато и результат того стоит: полученные таким образом жидкости могут сохранять свои свойства в течение многих лет.


Магнитная жидкость своими руками

Изготовление магнитной жидкости химическим путём

Для тех, кто с химией на «ты», рекомендую именно упомянутый выше химический метод, благо реактивы не слишком дефицитные.

Для этого необходимо иметь следующее оборудование и химическую посуду.

  1. Аптечные весы с набором разновесов.
  2. Две колбы (с круглым или плоским дном).
  3. Химический стакан.
  4. Фильтровальную бумагу и воронку.
  5. Достаточно сильный магнит, желательно кольцевой (из динамика).
  6. Небольшую (лабораторную) электроплитку.
  7. Фарфоровый стаканчик на 150–200 мл.
  8. Термометр с диапазоном измерения температуры до 100°С.
  9. Индикаторную бумагу.
  10. Для получения более качественной магнитной жидкости потребуется маленькая настольная центрифуга (на 4000 об/мин).

Кроме того, необходимы следующие реагенты.

  1. Соли двух- и трёхвалентного железа (хлорные или сернокислые).
  2. Аммиачная вода 25%-ной концентрации (нашатырный спирт).
  3. Натриевая соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) в качестве ПАВ.
  4. Дистиллированная вода.

Вот краткое изложение этой методики. Цифры приведены в расчёте на 10 граммов твёрдой магнитной фазы (магнетита) в магнитной жидкости.

1. Растворите в 500 мл дистиллированной воды (можно при слабом подогреве и несильном помешивании) 24 грамма трехвалентной соли железа (хлорного или сернокислого) и 12 граммов двухвалентной соли железа (хлористого или сернокислого).
2. Полученный раствор отфильтруйте на воронке в другую колбу через фильтровальную бумагу для отделения механических примесей.
3. В первую колбу, предварительно промыв её водой, залейте (осторожно!) около 100–150 мл аммиачной воды (работу лучше проводить под тягой или на открытом воздухе).
4. Очень осторожно, тонкой струёй вливайте из второй колбы отфильтрованный раствор в первую, содержащую аммиачную воду, и интенсивно взбалтывайте её.
Коричневато-оранжевый раствор мгновенно превратится в суспензию чёрного цвета. Долейте немного дистиллированной воды и поставьте колбу с образовавшейся смесью на постоянный магнит на полчаса.
5. После того, как образовавшиеся частицы магнетита в виде «дождя» под действием сил магнитного поля выпадут на дно колбы, осторожно слейте около двух третей раствора в канализацию, удерживая осадок магнитом, и снова залейте в колбу дистиллированную воду. Хорошенько её взболтайте и опять поставьте на магнит. Операцию повторяйте до тех пор, пока pH раствора не достигнет 7.5–8.5 (нежно-зелёная окраска индикаторной бумаги фирмы «Лахема» при смачивании её промывным раствором).
6. После того, как последней промывной раствор на две трети слит, загущённую суспензию отфильтруйте через бумажный фильтр на воронке и полученный осадок чёрного цвета смешайте с 7.5 грамма натриевой соли олеиновой кислоты.
7. Смесь поместите в фарфоровый стаканчик и прогрейте до 80°С на электрической плитке, хорошо перемешивая, в течение часа.
8. Полученную «патоку» чёрного цвета охладите до комнатной температуры. Долейте 50–60 мл дистиллированной воды и тщательно размешайте получившуюся коллоидную систему.
9. Разведённую водой «патоку» подвергните центрифугированию при 4000 об/мин в течение одного часа или ещё раз поставьте стаканчик с ней на кольцевой магнит. Перелейте полученную магнитную жидкость в химический стакан и поднесите снаружи магнит. Жидкость потянется за ним. После того, как Вы уберёте магнит, на стекле останется след от жидкости. Он должен иметь коричневато-оранжевую окраску и не содержать посторонних частиц.
10. Хранить водную магнитную жидкость желательно в светонепроницаемой таре в прохладном месте.

Прежде чем приступать к изготовлению, советую посмотреть страничку http://wsyachina.narod.ru/technology/magnetic_liquid.html, там описана эта же методика, а в конце автор странички делится своим опытом. В частности, в качестве ПАВ он использовал самую обычную «Fairy» (жидкость для мытья посуды). Главное — обратите особое внимание на рекомендации по безопасности и соблюдайте необходимую осторожность!

Изготовление магнитной жидкости механическим способом

Между тем, изготовить вполне приемлемую для некоторых применений жидкость, реагирующую на магнитное поле, по силам практически каждому — без каких-либо реактивов и всего за несколько минут. Ещё раз подчеркну — лишь для некоторых применений, и качество её существенно хуже, чем у полученной химическим путём. В частности, консистенция продукта получается такой, что его скорее можно назвать не «жидкостью», а «жижей». Да и время осаждения магнитных частиц достаточно мало — обычно от нескольких секунд до нескольких минут. Зато никакой химии и экзотических технологий — лишь просеивание и смешивание. Кстати, когда магнитными жидкостями впервые заинтересовались в середине XX века, то их самые первые образцы как раз и были получены примерно таким путём.

Для того, чтобы сделать такую «магнитную жижу», требуется всего лишь набрать необходимое количество мелких стальных опилок. Чем мельче, тем лучше, поэтому наиболее подходящей является стальная пыль, остающаяся после работы «болгарки» или точила. Пыль собирается магнитом (не слишком сильным — не столько для предотвращения большого остаточного намагничивания, сколько для того, чтобы железные опилки не так интенсивно стремились к нему и увлекали с собой поменьше немагнитной пыли). Затем для отсева грязи и крупных фракций собранное можно просеять через ткань (скажем, поместить в тканевый мешочек и протрясти его над расстеленной газетой; на газете чуть сбоку снова ставится достаточно сильный магнит, улавливающий проскочившие через ткань стальные пылинки, а мелкая немагнитная грязь пролетает прямо вниз мимо магнита; крупные частицы грязи и большие стальные опилки остаются на ткани). Чем плотнее ткань, тем мельче будет просеянная пыль, но тем дольше придётся трясти мешочек. Для механизации процесса можно попытаться продуть пылинки через ткань мешочка выхлопом пылесоса, но это уже потребует подготовки направляющих, отклоняющих и гасящих вышедшую из мешочка струю воздуха приспособлений (скажем, из пустых пластиковых бутылок от питьевой воды, лучше с широким горлышком и объёмом 5-8 литров). Поэтому о «механизированном» варианте стоит думать лишь при достаточно больших объёмах изготавливаемого «продукта», для нескольких грамм магнитной жидкости это вряд ли будет оправдано. Конечно, центрифугирование в жидкости обеспечит гораздо лучшую сепарацию частиц, но плотную ткань и пылесос можно найти практически в каждом доме, а вот центрифуги на несколько тысяч оборотов в минуту почему-то распространены не так широко. Если собранная пыль достаточно чистая и однородная, а требования к качеству «магнитной жижи» совсем невысокие, то просеивание вообще можно не делать.

Ещё раз подчеркну — стальные частички должны быть как можно мельче. Для получения мелкой стальной пыли следует использовать мелкозернистый (доводочный) точильный круг. В качестве ориентира можно предложить следующее — при рассмотрении невооружённым глазом нельзя определить форму пылинок, на белой бумаге они выглядят мельчайшими точками. Если форма опилок хорошо различима (при нормальном зрении обычно это соответствует размерам от 0.1..0.3 мм и больше), то такие опилки слишком крупны, они очень быстро осядут и будут практически неподвижными! Зато такие крупные опилки удобно использовать в сухом виде для изучения силовых линий магнитного поля.

Отобранная стальная пыль заливается жидкостью, хорошо смачивающей металл. Это может быть обычная вода — желательно, насыщенная поверхностно-активными веществами, то есть мылом или другим моющим средством (пенообразование здесь вредно, поэтому оно должно быть как можно меньше!). Но во избежание быстрой коррозии железных пылинок, способной просто-напросто «съесть» их за несколько дней, для стали лучше использовать жидкое машинное масло. Вполне подойдёт бытовое — то, что используется для смазки швейных машинок. Как вариант, можно использовать и тормозную жидкость, сохраняющую свои свойства в очень широком диапазоне температур. Однако следует помнить, что тормозная жидкость весьма гигроскопична (хотя здесь это не так важно), и в открытом сосуде из неё испаряются летучие фракции, отнюдь не полезные для здоровья, — поэтому работать с ней лучше в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе.

Концентрация стальной пыли в жидкости должна быть, с одной стороны, не слишком высокой, чтобы жидкость не стала чересчур густой и вязкой, а с другой стороны, не слишком низкой, иначе перемещение магнитных частиц не сможет увлечь с собой сколько-нибудь заметный объём жидкости. Она подбирается опытным путём с помощью постепенного добавления опилок в жидкость, тщательного перемешивания и проверки магнитом. Лучше получить небольшой избыток базовой жидкости, нежели её недостаток, так как в последнем случае подвижность полученной субстанции уменьшается очень заметно.

Подвижность частиц такой магнитной жидкости определяется величиной силы смачивания металла жидкостью, «изолирующей» металлические частички друг от друга и обеспечивающей их относительно свободное перемещение. Ещё лучше смачивают поверхность пылинок ПАВ (поверхностно-активные вещества), именно поэтому они и используются в «профессиональных» составах. В сильных магнитных полях сила взаимного притяжения частиц может превысить силу смачивания, и тогда частички начнут непосредственно контактировать друг с другом, а жидкость «затвердеет», став в чём-то подобной мокрому песку. Конкретная величина критической силы магнитного поля зависит как от магнитных свойств используемого металла, так и от силы смачивания металла базовой жидкостью или ПАВ, а также от температуры жидкости и размеров металлических частиц (более крупные «слипаются» быстрее, поскольку обладают меньшей удельной поверхностью на единицу массы; кроме того, крупные опилки легко оседают на дно, в то время как особо мелкие пылинки могут поддерживаться во взвешенном состоянии броуновским движением молекул базовой жидкости). При снятии магнитного поля подвижность жидкости восстановится, если остаточная намагниченность будет не слишком большой.

Наконец, надо сказать, что магнитная жидкость из железной пыли получается не только весьма густой, но и обладает высокими абразивными свойствами, поэтому её проблематично прокачивать по каким-либо трубкам, зато она легко может вывести из строя подшипники и рабочие поверхности перекачивающих её насосов (оптимальным типом насоса является шестерёнчатый вытесняющий насос, аналогичный масляным насосам в автомобильных двигателях). Абразивное действие существенно снижается, если просвет между взаимно движущимися деталями превышает размер самых крупных частиц хотя бы в полтора-два раза. Весьма устойчивы к износу в данной ситуации пара материалов «твёрдый металл — прочный упругий пластик». Пластик должен быть именно упругим, как твёрдая резина или фторопласт, но не таким жёстким, как текстолит или эбонит (и конечно, быть химически устойчивым к воздействию базовой жидкости).

Впрочем, во многих случаях эти особенности «магнитной жижи» являются не принципиальными, а многие эффекты проявляются в ней также, как и в «настоящих» магнитных жидкостях. В частности, прижатый ко дну магнит после освобождения успешно всплывает к центру жидкости даже через много минут после завершения осаждения магнитных частиц (правда, в осевшей жидкости это всплытие может продлиться несколько минут, а то и часов). Если тот же магнит, наоборот, положить на поверхность, то он будет погружаться, снова стремясь к центру жидкости (точнее, к центру области, занятой металлическими частицами).

И последнее замечание. Лёгкое потряхивание или постукивание по стенке сосуда существенно увеличивает подвижность «жижи». Если же встряхивать руками не хочется, то подойдёт любой источник слабой вибрации — вплоть до звуковой колонки-сабвуфера, на которую надо подать мощный низкочастотный сигнал (правда, соседям по дому это может сильно не понравиться)! На таком импровизированном «вибростенде» даже отстоявшаяся и малоподвижная «жижа» проявляет неплохую текучесть.