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拉脫法測(cè)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(lái)源:物理實(shí)驗(yàn) 瀏覽 189 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-16

計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)在線采集了2種磁性液體及白油液膜拉脫過(guò)程中電壓隨時(shí)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(diǎn)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(jì)算出液體的表面張力。室溫(20±0.5)℃時(shí)各液體的表面張力見(jiàn)表2.7#白油的表面張力大于磁性液體,這主要是因?yàn)楸砻婊钚詣┑募尤虢档土艘后w的表面張力。當(dāng)22mT的磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí),磁性液體的表面張力增加,這主要是因?yàn)闊o(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí),各磁性顆粒的磁矩方向雜亂無(wú)章,互相抵消,磁性液體不顯示宏觀磁性。當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí),且磁場(chǎng)方向平行于切線方向的磁性液膜時(shí),各磁性顆粒的磁矩方向轉(zhuǎn)向外加磁場(chǎng)方向,外加磁場(chǎng)增強(qiáng)了磁偶極子之間的相互作用,導(dǎo)致磁性液體的表面張力增加。

圖4力敏傳感器電壓隨時(shí)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(guò)程受力分析


根據(jù)受力情況將圖4的液膜拉脫過(guò)程電壓變化曲線分為6個(gè)階段,圖5為液膜拉脫過(guò)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(shí)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(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)2F號(hào)磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)Q,越過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn),QF階段電壓變化較平緩,且表面張力越?。欢?#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(dāng)液膜被拉脫到一定程度時(shí),很快破裂;而2F號(hào)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(zhǎng),液膜在空氣中會(huì)存在一段時(shí)間,此時(shí)液膜質(zhì)量很小,可忽略不計(jì),電壓變化較平緩。有外加磁場(chǎng)作用時(shí),1F和2F號(hào)磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過(guò)程,但有外加磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí),F(xiàn)G階段出現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)點(diǎn),液膜破裂的時(shí)間大于無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)的時(shí)間,主要是由于外加磁場(chǎng)增強(qiáng)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(qiáng),導(dǎo)致液膜逐步破裂。

圖5液膜拉脫過(guò)程方框圖


5、結(jié)論


使用拉脫法測(cè)量了磁性液體的磁表面張力,無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí),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(zhǎng),液膜收縮的趨勢(shì)比白油更明顯,這主要是因?yàn)榇判砸后w中加入的表面活性劑降低了其表面張力。由液膜拉脫過(guò)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(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)2F號(hào)磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)Q,越過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn),QF階段電壓變化較平緩,且表面張力越?。欢?#白油和1F磁性液體并未出現(xiàn)此現(xiàn)象,這主要是因?yàn)?#白油和1F磁性液體表面張力較大,2F號(hào)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(zhǎng),液膜在空氣中會(huì)存在一段時(shí)間。有外加磁場(chǎng)作用時(shí),2F號(hào)磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過(guò)程,但FG階段出現(xiàn)了另一些數(shù)據(jù)點(diǎn),液膜破裂的時(shí)間大于無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)的時(shí)間,主要是由于外加磁場(chǎng)增強(qiáng)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(qiáng),導(dǎo)致液膜逐步破裂。


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