Σιδηρορευστό: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
μ Αντικατάσταση παρωχημένου προτύπου με references tag |
μΧωρίς σύνοψη επεξεργασίας |
||
Γραμμή 4:
Το σιδηρορευστό ανακαλύφθηκε το 1963 από τον [[Στηβ Πάπελλ]] (Steve Papell) στη NASA ως ένα υγρό καύσιμο πυραύλου που μπορούσε να αντληθεί προς το στόμιο μιας αντλίας σε ένα αβαρές περιβάλλον εφαρμόζοντας μαγνητικό πεδίο.<ref>US Patent # 3215572 filed Oct 9, 1963 https://www.google.com/patents/US3215572</ref>
Τα σιδηρορευστά είναι [[κολλοειδές|κολλοειδή]] υγρά κατασκευασμένα από [[σιδηρομαγνητισμός|σιδηρομαγνητικά]] ή [[σιδηριμαγνητισμός|σιδηριμαγνητικά]] σωματίδια μεγέθους νανοκλίμακας που αιωρούνται σε έναν φορέα [[ρευστό|ρευστού]] (συνήθως οργανικό [[διαλύτης|διαλύτη]] ή νερό). Κάθε μικροσκοπικό σωματίδιο καλύπτεται πλήρως με ένα επιφανειοδραστικό για να παρεμποδίσει τη συσσώρευση. Μεγάλα σιδηρομαγνητικά σωματίδια μπορούν να αφαιρεθούν από το ομογενές κολλοειδές μίγμα, σχηματίζοντας μια ξεχωριστή ομάδα από μαγνητική σκόνη όταν εκτίθενται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία. Η μαγνητική έλξη των νανοσωματιδίων είναι αρκετά έτσι ώστε οι [[Δυνάμεις van der Waals]] του επιφανειοδραστικού να είναι αρκετές για να αποτρέψουν τη μαγνητική συσσώρευση. Τα σιδηρορευστά δεν διατηρούν συνήθως<ref name="two">{{Cite journal|doi=10.1007/s003390050569|title=First observation of ferromagnetism and ferromagnetic domains in a liquid metal|date=1997|author= Albrecht, T.; Bührer, C.; Fähnle, M.; Maier, K.; Platzek, D.; Reske, J.|journal=Applied Physics A: Materials Science & Processing|volume=65|page=215|bibcode = 1997ApPhA..65..215A|issue=2 }}</ref> τη [[μαγνήτιση]] απουσία εξωτερικά εφαρμοζόμενου πεδίου και συνεπώς ταξινομούνται συχνά ως
▲Τα σιδηρορευστά είναι [[κολλοειδές|κολλοειδή]] υγρά κατασκευασμένα από [[σιδηρομαγνητισμός|σιδηρομαγνητικά]] ή [[σιδηριμαγνητισμός|σιδηριμαγνητικά]] σωματίδια μεγέθους νανοκλίμακας που αιωρούνται σε έναν φορέα [[ρευστό|ρευστού]] (συνήθως οργανικό [[διαλύτης|διαλύτη]] ή νερό). Κάθε μικροσκοπικό σωματίδιο καλύπτεται πλήρως με ένα επιφανειοδραστικό για να παρεμποδίσει τη συσσώρευση. Μεγάλα σιδηρομαγνητικά σωματίδια μπορούν να αφαιρεθούν από το ομογενές κολλοειδές μίγμα, σχηματίζοντας μια ξεχωριστή ομάδα από μαγνητική σκόνη όταν εκτίθενται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία. Η μαγνητική έλξη των νανοσωματιδίων είναι αρκετά έτσι ώστε οι [[Δυνάμεις van der Waals]] του επιφανειοδραστικού να είναι αρκετές για να αποτρέψουν τη μαγνητική συσσώρευση. Τα σιδηρορευστά δεν διατηρούν συνήθως<ref name="two">{{Cite journal|doi=10.1007/s003390050569|title=First observation of ferromagnetism and ferromagnetic domains in a liquid metal|date=1997|author= Albrecht, T.; Bührer, C.; Fähnle, M.; Maier, K.; Platzek, D.; Reske, J.|journal=Applied Physics A: Materials Science & Processing|volume=65|page=215|bibcode = 1997ApPhA..65..215A|issue=2 }}</ref> τη [[μαγνήτιση]] απουσία εξωτερικά εφαρμοζόμενου πεδίου και συνεπώς ταξινομούνται συχνά ως "υπερπαραμαγνήτες" παρά ως σιδηρομαγνήτες.<ref>{{cite web|last1=Voit, Kim and Zapka|title=Magnetic behavior of coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles in ferrofluids|url=http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=8228273|website=NCBI|publisher=Pubmed|accessdate=2 July 2014|ref=Superparamagnetism in nanoparticles}}</ref>
Η διαφορά μεταξύ σιδηρορευστών και μαγνητορεολογικών ρευστών (MR fluids) είναι στο μέγεθος των σωματιδίων. Τα σωματίδια σε ένα σιδηρορευστό αποτελούνται κυρίως από νανοσωματίδια που [[αιώρημα|αιωρούνται]] με [[κίνηση Μπράουν]] και δεν καθιζάνουν γενικά κάτω από κανονικές συνθήκες. Τα σωματίδια ενός μαγνητορεολογικού ρευστού αποτελούνται κυρίως από σωματίδια της μικρομετρικού μεγέθους που είναι υπερβολικά βαριά για να τα κρατήσει η [[κίνηση Μπράουν]] σε αιώρηση και συνεπώς καθιζάνουν με τον χρόνο, λόγω της εγγενούς διαφοράς πυκνότητας μεταξύ των σωματιδίων και του φέροντος ρευστού. Ως αποτέλεσμα αυτά τα δύο ρευστά έχουν διαφορετικές εφαρμογές.
Γραμμή 13 ⟶ 12 :
Τα σιδηρορευστά αποτελούνται από σωματίδια της νανοκλίμακας (η διάμετρος είναι συνήθως 10 νανόμετρα ή λιγότερο) του [[μαγνητίτης|μαγνητίτη]], [[αιματίτης|αιματίτη]] ή κάποιας άλλης ένωσης που περιέχει [[σίδηρος|σίδηρο]] και ένα ρευστό. Αυτό είναι αρκετά μικρό έτσι ώστε η θερμική κίνηση να τα διασκορπίσει ομοιόμορφα μέσα σε ένα φέρον ρευστό και αυτά τα σωματίδια να συνεισφέρουν στη γενική μαγνητική απάντηση του ρευστού. Αυτό είναι παρόμοιο με τον τρόπο που τα ιόντα σε ένα υδατικό [[παραμαγνητισμός|παραμαγνητικό]] διάλυμα άλατος (όπως ένα υδατικό διάλυμα του [[θειικός χαλκός|θειικού χαλκού]] ή του χλωριούχου μαγνησίου (ΙΙ)) καθιστούν το διάλυμα παραμαγνητικό. Η σύσταση ενός τυπικού σιδηρορευστού είναι κατ' όγκο περίπου: 5% μαγνητικά στερεά, 10% επιφανειοδραστικό και 85% φορέας.<ref>Helmenstine, Anne Marie. [http://chemistry.about.com/od/demonstrationsexperiments/ss/liquidmagnet.htm How to Make Liquid Magnets ]. chemistry.about.com</ref>
Τα σωματίδια στα σιδηρορευστά διασκορπίζονται σε ένα υγρό, χρησιμοποιώντας συχνά μια επιφανειοδραστική ουσία, συνεπώς τα σιδηρορευστά είναι [[κολλοειδές|κολλοειδή αιωρήματα]] – υλικά με ιδιότητες περισσότερες από μία κατάσταση της ύλης. Σε αυτήν την περίπτωση, οι δύο καταστάσεις της ύλης είναι το στερεό μέταλλο και και το υγρό σε αυτό.<ref>[http://education.jlab.org/beamsactivity/6thgrade/vocabulary/index.html Vocabulary List]. Education.jlab.org.
Τα πραγματικά σιδηρορευστά είναι σταθερά. Αυτό σημαίνει ότι τα στερεά σωματίδια δεν συσσωρεύονται ή δεν διαχωρίζονται σε φάσεις ακόμα σε ακραία ισχυρά μαγνητικά πεδία. Όμως, η επιφανειοδραστική ουσία τείνει να διασπαστεί με την πάροδο του χρόνου (μερικά χρόνια) και ενδεχομένως τα νανοσωματίδια θα συσσωρευτούν και θα διαχωριστούν και δεν θα συνεισφέρουν πια στη μαγνητική απόκριση του ρευστού.
Γραμμή 22 ⟶ 21 :
===Αστάθεια κάθετου πεδίου===
Όταν ένα παραμαγνητικό ρευστό υπόκειται σε ένα ισχυρό κάθετο [[μαγνητικό πεδίο]], η επιφάνεια σχηματίζει ένα κανονικό μοτίβο από κορυφές και κοιλάδες. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως η [[αστάθεια του κάθετου πεδίου]] ''(normal-field instability)''. Η αστάθεια καθοδηγείται από το μαγνητικό πεδίο· μπορεί να επεξηγηθεί εξετάζοντας ποιος χώρος του ρευστού ελαχιστοποιεί τη συνολική ενέργεια του συστήματος.<ref>Andelman & Rosensweig,
Από πλευράς μαγνητικής ενέργειας, οι κορυφές και οι κοιλάδες είναι ενεργειακά ευνοϊκές. Στην κυματοειδή διαμόρφωση, το μαγνητικό πεδίο συγκεντρώνεται στις κορυφές· επειδή το ρευστό μαγνητίζεται πιο εύκολα από τον αέρα, αυτό χαμηλώνει τη μαγνητική ενέργεια. Συνεπώς οι οξείες κορυφές του ρευστού βρίσκονται πάνω από τις γραμμές του πεδίου στο χώρο μέχρι να υπάρξει μια ισορροπία των δυνάμεων.<ref>Andelman & Rosensweig
Ταυτόχρονα στο σχηματισμό των κορυφών και των κοιλάδων αντιστέκεται η [[βαρύτητα]] και η [[επιφανειακή τάση]]. Κοστίζει σε ενέργεια η μετακίνηση υγρού έξω από τις κοιλάδες και πάνω στις κορυφές, καθώς και η αύξηση της επιφάνειας του ρευστού. Εν συντομία, ο σχηματισμός των αυλακώσεων αυξάνει την επιφανειακή ελεύθερη επιφάνεια (surface free energy) και τη βαρυτική ενέργεια (gravitational energy) του ρευστού, αλλά μειώνει τη μαγνητική ενέργεια. Οι αυλακώσεις θα σχηματιστούν μόνο πάνω από την κρίσιμη μαγνητική ένταση του πεδίου, όταν η μείωση στη μαγνητική ενέργεια επικρατεί της αύξησης στους όρους της επιφανειακής και της βαρυτικής ενέργειας.<ref>Andelman & Rosensweig
Τα σιδηρορευστά έχουν μια εξαιρετικά υψηλή μαγνητική επιδεκτικότητα και το κρίσιμο μαγνητικό πεδίο της εμφάνισης των αυλακώσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί με ένα μικρό ραβδόμορφο μαγνήτη.
Γραμμή 42 ⟶ 41 :
Αυτά τα επιφανειοδραστικά αποτρέπουν την συσσώρευση των νανοσωματωδίων, εξασφαλίζοντας ότι τα σωματίδια δεν σχηματίζουν συσσωματώματα που γίνονται υπερβολικά βαριά για να διατηρούνται σε αιώρηση από την [[κίνηση Μπράουν]]. Τα μαγνητικά σωματίδια σε ένα ιδανικό σιδηρορευστό δεν κατακάθονται, ακόμα κι όταν εκτίθενται σε ένα ισχυρό μαγνητικό ή βαρυτικό πεδίο. Ένα επιφανειοδραστικό έχει μια πολική κεφαλή και μια μη πολική ουρά (ή το αντίθετο), μία από τις οποίες προσροφά ένα νανοσωματίδιο, ενώ η άλλη προβάλλει στο μέσο μεταφοράς (carrier medium), σχηματίζοντας ένα αντίστροφο ή ένα κανονικό [[μικύλλιο]], αντίστοιχα, γύρω από το σωματίδιο. Η ηλεκτροστατική άπωση αποτρέπει τότε τη συσσωμάτωση των σωματιδίων.
Ενώ τα επιφανειοδραστικά είναι χρήσιμα στην επιμήκυνση του ρυθμού καθίζησης (settling rate) στα σιδηρορευστά, αποδεικνύονται επίσης επιβλαβή στις μαγνητικές ιδιότητες του ρευστού (ιδιαίτερα, στον μαγνητικό κορεσμό) του ρευστού. Η προσθήκη επιφανειοδραστικών (ή οποιονδήποτε άλλων ξένων σωματιδίων) μειώνει την πυκνότητα συσσώρευσης (packing density) των σιδηροσωματιδίων ενώ είναι στην ενεργοποιημένη τους κατάσταση, μειώνοντας συνεπώς το [[ιξώδες]] του ρευστού, με αποτέλεσμα ένα
[[File:Ferrofluid in magnetic field.jpg|right|thumb|Ένα σιδηρορευστό σε ένα [[μαγνητικό πεδίο]] που εμφανίζει αστάθεια κάθετου πεδίου που προκαλείται από έναν [[μαγνήτης νεοδυμίου|μαγνήτη νεοδυμίου]] κάτω από τον δίσκο]]
Γραμμή 49 ⟶ 48 :
===Ηλεκτρονικές συσκευές===
Τα σιδηρορευστά χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν υγρά παρεμβύσματα γύρω από περιστρεφόμενους άξονες κίνησης σε [[σκληρός δίσκος|σκληρούς δίσκους]]. Ο άξονας περιστροφής περιβάλλεται από μαγνήτες. Μια μικρή ποσότητα σιδηρορευστού, που τοποθετείται στο κενό μεταξύ του μαγνήτη και του άξονα, θα διατηρείται στη θέση του από την έλξη του προς τον μαγνήτη. Το ρευστό των μαγνητικών σωματιδίων σχηματίζει έναν εμπόδιο που αποτρέπει την είσοδο των υπολειμμάτων στο εσωτερικό του σκληρού δίσκου. Σύμφωνα με τους μηχανικούς της Ferrotec, τα σιδηρορευστά παρεμβύσματα αντέχουν συνήθως 3 με 4 psi στους περιστρεφόμενους άξονες·
===Μηχανολογία===
| |||