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拉脫法測量:不同性能磁性液體的磁表面張力變化規(guī)律與影響因素(二)

來源:物理實驗 瀏覽 643 次 發(fā)布時間:2024-10-16

計算機實時在線采集了2種磁性液體及白油液膜拉脫過程中電壓隨時間的變化曲線,如圖4所示。從圖4可看到,3種液體的電壓變化規(guī)律一致,圖中F和G兩點是液膜破裂前后瞬間的電壓值,片狀吊環(huán)的內(nèi)外徑分別為33.10mm和34.69mm,根據(jù)(6)式即可計算出液體的表面張力。室溫(20±0.5)℃時各液體的表面張力見表2.7#白油的表面張力大于磁性液體,這主要是因為表面活性劑的加入降低了液體的表面張力。當22mT的磁場作用于磁性液體時,磁性液體的表面張力增加,這主要是因為無外加磁場作用時,各磁性顆粒的磁矩方向雜亂無章,互相抵消,磁性液體不顯示宏觀磁性。當外加磁場作用于磁性液體時,且磁場方向平行于切線方向的磁性液膜時,各磁性顆粒的磁矩方向轉(zhuǎn)向外加磁場方向,外加磁場增強了磁偶極子之間的相互作用,導致磁性液體的表面張力增加。

圖4力敏傳感器電壓隨時間變化曲線

表2磁性液體及7#白油表面張力


4、液膜拉脫過程受力分析


根據(jù)受力情況將圖4的液膜拉脫過程電壓變化曲線分為6個階段,圖5為液膜拉脫過程方框圖,不同階段片狀吊環(huán)的受力情況不同,電壓變化值也不同,在液膜破裂前后瞬間,忽略液膜的重力,表面張力與重力方向完全一致,此時F=mg+f1+f2,可得到液體的表面張力。由圖4發(fā)現(xiàn),不同液體在EF階段的電壓變化情況不同,無外加磁場作用時2F號磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點Q,越過轉(zhuǎn)折點,QF階段電壓變化較平緩,且表面張力越??;而7#白油和1F磁性液體并未出現(xiàn)此現(xiàn)象。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是7#白油和1F磁性液體表面張力較大,當液膜被拉脫到一定程度時,很快破裂;而2F號磁性液體由于表面張力較小,液體分子與分子之間的作用力減弱,宏觀表現(xiàn)為拉脫的液膜更長,液膜在空氣中會存在一段時間,此時液膜質(zhì)量很小,可忽略不計,電壓變化較平緩。有外加磁場作用時,1F和2F號磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過程,但有外加磁場作用于磁性液體時,F(xiàn)G階段出現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)點,液膜破裂的時間大于無外加磁場作用時的時間,主要是由于外加磁場增強了磁性顆粒之間的相互作用,分子和分子之間的磁吸引力增強,導致液膜逐步破裂。

圖5液膜拉脫過程方框圖


5、結(jié)論


使用拉脫法測量了磁性液體的磁表面張力,無外加磁場作用時,磁性液體的表面張力小于其載液的表面張力,磁性液體液膜拉得更長,液膜收縮的趨勢比白油更明顯,這主要是因為磁性液體中加入的表面活性劑降低了其表面張力。由液膜拉脫過程電壓變化曲線可觀察到:不同條件下磁性液體的電壓變化情況不同,無外加磁場作用時2F號磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點Q,越過轉(zhuǎn)折點,QF階段電壓變化較平緩,且表面張力越??;而7#白油和1F磁性液體并未出現(xiàn)此現(xiàn)象,這主要是因為7#白油和1F磁性液體表面張力較大,2F號磁性液體由于表面張力較小,其液體分子與分子之間的作用力較弱,宏觀表現(xiàn)為拉脫的液膜更長,液膜在空氣中會存在一段時間。有外加磁場作用時,2F號磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過程,但FG階段出現(xiàn)了另一些數(shù)據(jù)點,液膜破裂的時間大于無外加磁場作用時的時間,主要是由于外加磁場增強了磁性顆粒之間的相互作用,分子和分子之間的磁吸引力增強,導致液膜逐步破裂。


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