Налейте мне пол-литра… магнита!

Уже давно люди пытались получить магнитные жидкости путем взбалтывания тонких порошков из ферромагнитного материала в воде, масле и других жидкостях. Но ничего путного не получалось, взвесь порошка в жидкости – суспензия – распадалась, и порошок оседал: слишком крупными и тяжелыми оказывались частички материала.

Но вот в 60-х гг. XX в. порошок феррита был настолько хорошо размолот в шаровой мельнице, что, будучи засыпан в смесь керосина и олеиновой кислоты, перестал осаждаться. Человечество получило жидкий магнит.

В чем же тут дело? Оказывается, частички порошка были уже настолько малы, что тепловое (броуновское) движение молекул не давало им осесть, и получился коллоидный раствор, который известен нам как яичный белок, канцелярский клей и множество подобных веществ. В переводе с латинского такой раствор носит название клеевого, клееобразного. Большинство клеев – столярный, силикатный и др. – тоже коллоидные растворы.

Оказалось, что магнитная жидкость обладает новыми, очень интересными свойствами. Прежде всего, магнитная жидкость – это не ферромагнетик, а сильнейший парамагнетик – суперпарамагнетик. Если налить магнитную жидкость в стакан и снизу поднести магнит, то она образует на первый взгляд совершенно неправдоподобную для жидкостей пучность – бугор, почти твердый на ощупь (рис. 350). Если поднести магнит сбоку, то жидкость полезет на стенку и может подняться за магнитом как угодно высоко. Если ее разлить по поверхности воды, то опущенным в воду магнитом можно быстро собрать ее на полюсе магнита. Плохо, если это постоянный магнит, не так-то просто будет «оторвать» цепкую жидкость от магнита. Если магнитную жидкость лить струйкой из одного стакана в другой, то ее очень легко похитить, поднеся к струйке сбоку магнит.

Кто впервые видит эту вязкую, тяжелую, темно-бурую жидкость, тот не верит, что жидкости могут так вести себя в присутствии магнитов. Кажется, что это хитро поставленный фокус.

Сейчас для магнитных жидкостей придумали множество полезных применений: для уплотнения валов и поршней, для «вечной» смазки, для сбора нефти, разлитой на воде, для обогащения полезных ископаемых, для лечения и диагностики многих болезней и даже для прямого превращения тепловой энергии в механическую.

Поговорим о наиболее интересных и перспективных для техники применениях магнитной жидкости. Тут приходится вводить поверхностно-активные вещества и применять другие хитрости, чтобы жидкость получилась устойчивой и не портилась, т. е. не коагулировала (сворачивалась, как молоко), не высыхала, не расслаивалась и т. п.

Рис. 350. Магнит под стаканом с магнитной жидкостью

Наконец магнитная жидкость готова. Где же ее можно использовать?

Наиболее широко ее применяют для уплотнения – герметизации зазоров между движущимися частями машин. Чаще всего нужно уплотнять вращающиеся валы. Когда вал ферромагнитный (например, стальной), то на вал с зазором надевают кольцевой магнит с двумя шайбочками, зазоры которых с валом – один или оба – заливают магнитной жидкостью. Она тут же устремляется в щель, где напряженность магнитного поля максимальна, и застывает там густой студневидной массой (рис. 351).

Рис. 351. Магнитное уплотнение стального вала:

1 – наконечники; 2 – вал; 3 – магнитная жидкость; 4 – магнит

Вал может быть и немагнитным, например латунным, титановым и даже стеклянным. Тогда шайбы сближают друг с другом, и зазор между ними заливают магнитной жидкостью. Свернувшись в плотный кольцевой жгут, жидкость прижимается даже к немагнитному валу и герметизирует его (рис. 352).

Рис. 352. Магнитное уплотнение немагнитного вала:

1 – вал; 2 – магнитная жидкость; 3 – магнит; 4 – наконечники

Магнитную жидкость, особенно масляную, можно успешно использовать в качестве «вечной» смазки, заполняя ею подшипники как скольжения, так и качения, даже редукторы и коробки передач, удерживая ее в необходимом месте магнитами (рис. 353). К тому же такие механизмы не только самоуплотняются магнитной жидкостью, но и смазываются.

Рис. 353. «Вечная» смазка подшипника скольжения:

1 – магнит; 2 – втулка; 3 – вал; 4 – магнитная жидкость

Возникает вопрос: а может ли магнитная жидкость, в которой находится взвесь магнитных частиц, быть смазкой? Не будет ли она играть роль наждачного порошка?

Оказалось, что нет, и это до казано многочисленными опытами. Размеры частичек так малы, что они никак не влияют на чистоту поверхности трущихся деталей, их как будто не существует.

Магнитная жидкость может играть роль не только смазки, но и самого подшипника. Если при вращении вала привести ее в быстрое вращение с помощью специальных насечек на поверхности вала, то в ней всплывут даже тяжело нагруженные валы (рис. 354). Такие подшипники называются магнитогидродинамическими.

Рис. 354. Магнитогидродинамические подшипники:

а – радиальный подшипник; б – упорный подшипник; F – силы

Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным, поистине уникальным свойством. В ней, как и в любой жидкости, плавают тела менее плотные и тонут тела более плотные, чем она сама. Но если приложить к ней магнитное поле, то утонувшие тела начинают всплывать. Причем чем сильнее поле, тем более тяжелые тела поднимаются на поверхность. Прикладывая различное по напряженности магнитное поле, можно заставлять всплывать тела с какой-то заданной плотностью. Это свойство магнитной жидкости применяют сейчас для обогащения руды. Ее топят в магнитной жидкости, а затем нарастающим магнитным полем заставляют всплывать сначала пустую породу, а затем уже и тяжелые куски руды.

Есть даже печатающие и чертежные устройства, работающие на магнитной жидкости. В краску вносится немного магнитной жидкости, и такая краска выбрызгивается тонкой струйкой на протягиваемую перед ней бумагу. Если струю ничем не отклонять, то будет начерчена линия. Но на пути струйки поставлены электромагниты, подобно отклоняющим электромагнитам кинескопа телевизора. Роль потока электронов здесь играет тонкая струйка краски с магнитной жидкостью – ее-то и отклоняют электромагниты, и на бумаге остаются буквы, графики, рисунки.

Применяют магнитную жидкость и для сбора различных нефтепродуктов на поверхности морей, океанов, озер. Часто случается так, что человек не в состоянии предотвратить загрязнение нефтепродуктами поверхности воды, например, при аварии танкера с нефтью, когда громадное пятно покрывает многие квадратные километры моря, загрязняя все вокруг. Очистка воды от таких загрязнений – дело очень трудное, долгое и не всегда выполнимое. Но и здесь помогает магнитная жидкость.

На разлившееся пятно с вертолета разбрызгивают небольшое количество магнитной жидкости, которая быстро растворяется в нефтяном пятне, затем в воду погружают сильные магниты, и пятно начинает стягиваться в точку, здесь же его откачивают насосы. Вода вновь становится чистой.

А какой простор магнитным жидкостям в медицине! Представим себе, что каким-нибудь лекарством надо лечить определенную часть тела, не затрагивая всего остального организма. Например, нужно, чтобы оно сосредоточилось в каком-либо органе человека, а кровь разносит его по всему телу. Замешав лекарство на магнитной жидкости, его вводят в кровь, а затем возле больного места устанавливают магнит. Естественно, магнитная жидкость, а вместе с нею и лекарство вскоре соберутся возле магнита и будут действовать только на заболевшую часть тела.

Дата добавления: 2014-12-10