- •Министерство образования российской
- •Содержание
- •От авторов
- •Молекулярная физика и термодинамика
- •11.1. Молекулярная физика и термодинамика. Основные положения и понятия. Динамические и статистические закономерности. Статистический и термодинамический методы исследования
- •11.2. Молекулярно-кинетическая теория
- •11.2.1. Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов
- •11.2.2. Вывод основных газовых законов молекулярно кинетической теории
- •11.2.2.1. Закон Бойля-Мариотта
- •11.2.2.2. Закон Гей-Люссака
- •11.2.2.3. Закон Шарля
- •11.2.2.4. Объединенный газовый закон Мариотта - Гей-Люссака
- •11.2.2.5. Основное уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)
- •11.2.2.6. Закон Авогадро
- •11.2.2.7. Закон Дальтона
- •11.3. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры
- •11.4. Экспериментальное подтверждение молекулярно-кинетической теории газов (опыт Штерна)
- •12.1. Распределение энергии по степеням свободы
- •12.2. Вероятность и флюктуации. Распределение молекул (частиц) по абсолютным значениям скорости. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Средняя длина свободного пробега молекул
- •12.3. Распределение Больцмана. Барометрическая формула
- •12.4. Внутренняя энергия и теплоемкости идеального газа. Классическая теория теплоемкостей
- •Формулы кинетической энергии молекул газа в зависимости от числа степеней свободы
- •13.1. Первое начало термодинамики
- •13.1.1. Первое начало термодинамики в применении к изопроцессам в идеальных газах
- •13.1.1.1. Изотермический процесс
- •13.1.1.2. Изобарический процесс
- •13.1.1.3. Изохорический процесс
- •13.1.1.4. Адиабатический процесс
- •13.2. Обратимые, необратимые и круговые процессы (циклы)
- •13.3. Цикл Карно. Максимальный кпд тепловой машины
- •13.4. Энтропия системы и её свойства. Определение изменения энтропии системы, совершающей какой-либо изопроцесс
- •1. Изотермический.
- •2. Изобарический.
- •3. Изохорический.
- •4. Адиабатический.
- •13.5. Второе начало термодинамики. Термодинамические потенциалы
- •13.5.1. Второе начало термодинамики
- •13.5.2. Термодинамические потенциалы
- •13.6. Третье начало термодинамики. Применения термодинамики
- •14.1. Термодинамика неравновесных процессов
- •14.2. Закон сохранения массы в термодинамике неравновесных процессов
- •14.3. Закон сохранения импульса в термодинамике неравновесных процессов
- •14.4. Закон сохранения энергии в термодинамике неравновесных процессов
- •14.5. Уравнение баланса энтропии
- •15.1. Реальные газы. Молекулярные силы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса и экспериментальны изотермы реальных газов
- •Критическая температура и температура кипения некоторых жидкостей
- •15.2. Внутренняя энергия реального газа
- •15.3. Эффект Джоуля - Томсона. Сжижение газов
- •15.4. Фазы и фазовые превращения. Фазовые диаграммы. Условия равновесия фаз
- •15.5. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Метастабильные состояния. Критическая точка
- •15.6. Тройная точка. Фазовые переходы 1-го и 2-го рода
- •16.1. Понятие о физической кинетике. Вязкость жидкостей и газов. Коэффициент вязкости жидкостей и газов. Динамическая и кинематическая вязкости
- •16.2. Диффузия и теплопроводность. Коэффициенты диффузии и теплопроводности
- •Кинетические явления (явления переноса). Переносимая величина, уравнение процесса, коэффициент процесса
- •17.1. Строение жидкостей
- •17.2. Свойства жидкостей (вязкость, текучесть, сжимаемость и тепловое расширение)
- •17.3. Поверхностное натяжение. Энергия поверхностного слоя жидкости
- •17.4. Поверхностные явления на границе раздела двух жидкостей или жидкости и твердого тела
- •17.5. Капиллярные явления. Закон Жюрена
- •17.6. Кинематическое описание движения жидкости
- •17.7. Уравнения равновесия и движения жидкости. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли
- •17.8. Гидродинамика вязкой жидкости. Силы внутреннего трения. Коэффициент вязкости. Стационарное течение вязкой жидкости. Уравнение неразрывности. Течение по трубе. Формула Пуазейля
- •17.9. Жидкие кристаллы
- •17.9.1. Строение жидких кристаллов (жк)
- •17.9.2. Физические свойства жидких кристаллов и их применение
- •17.10. Магнитные жидкости
- •17.10.1. Структура магнитных жидкостей (мж)
- •17.10.2. Получение магнитных жидкостей
- •17.10.3. Свойства магнитных жидкостей
- •17.10.4. Применение магнитных жидкостей
- •17.11. Кристаллическое состояние
- •17.11.1. Отличительные черты кристаллического состояния
- •17.11.2 Классификация кристаллов
- •17.11.3 Физические типы кристаллических решеток
- •17.11.4 Тепловое движение в кристаллах. Теплоемкость кристаллов
- •17.11.5. Скорость звука в кристалле. Цепочечная модель
- •Можно записать дифференциальное уравнение
- •Библиографический список Основной
- •Дополнительный
- •Полунин Вячеслав Михайлович
- •Сычев Геннадий Тимофеевич
- •Конспект лекций по молекулярной физике и термодинамике для студентов инженерно-технических специальностей
17.10.2. Получение магнитных жидкостей
Проблема получения магнитных жидкостей это проблема получения высокодисперсных частиц твердого ферромагнитного материала и диспергирования его в жидкости-носителе.
Первоначальная технология была разработана в 1965 г. американским ученым Розенцвайгом и сводилась к следующему: в шаровых мельницах осуществлялось измельчение грубодисперсных ферромагнитных частиц в присутствии жидкости-носителя и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в течение нескольких недель непрерывного действия. После чего грубодисперсная фракция отделялась центрифугированием на суперцентрифугах с фактором разделения 17000 g. В качестве жидкости-носителя используются различные углеводородные и кремнийорганические соединения, вода. В качестве ПАВ – олеиновая кислота. Данный метод позволяет получить ферритовые жидкости, а также жидкости на основе классических ферромагнетиков Fe, Ni, Co. Однако, вследствие большой продолжительности непрерывного действия, значительных энергетических затрат, приводящих к большой стоимости готового продукта, технология дробления не получила широкого распространения. Эта технология считается малоперспективной в будущем.
Альтернативной как в плане снижения энергозатрат, так и в плане существенного повышения производительности оказалась технология получения МЖ на основе химической конденсации, впервые разработанная в Ленинградском технологическом институте профессором Бибиком Е. Е..
Химическая конденсация заключается в осаждении частиц магнетизма из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа избытком щелочи
.
Полученный осадок коллоидных частиц переводится в жидкость-носитель при помощи метода пептизации, суть которого заключается в образовании на поверхности частиц слоя ПАВ. В результате агломераты частиц из осадка разъединяются на отдельные частицы, покрытые слоем ПАВ, которые диспергируются в жидкости-носителе.
Метод химической конденсации прост, технологичен, дает возможность получать МЖ на базе различных жидкостей, благодаря чему он взят за основу в современной технологии получения МЖ во всем мире. С учетом последующего выпаривания удается получать МЖ с объемной концентрацией твердой фазы до ~30%.
17.10.3. Свойства магнитных жидкостей
На немагнитное тело, помещенное в магнитную жидкость, которая находится в неоднородном магнитном поле, действует дополнительная архимедова сила. Эта сила направлена в сторону уменьшения напряженности магнитного поля. Это приводит к тому, что все немагнитные тела (цветные, драгоценные металлы, стекло и др.) находящиеся в магнитной жидкости выталкиваются из магнитного поля. Такое свойство магнитных жидкостей получило название левитации.
Подобно жидкостям магнитные жидкости обладают вязкостью. Однако, в отличие от ферросуспензий, в которых диспергированны частицы микронных размеров, и вязкость которых сильно зависит от приложенного магнитного поля (вплоть до отвердения), вязкость МЖ в магнитном поле изменяется весьма незначительно (всего в ~ 1,3 раза). Небольшое возрастание вязкости связано с выстраиванием магнитных осей феррочастиц вдоль магнитного поля, т.е. с выключением одной из вращательных степеней свободы феррочастиц.
Акустические свойства МЖ (скорость звука, поглощение звуковой энергии, волновое сопротивление) определяются конкретным составом МЖ, их концентрацией и способностью к агрегированию феррочастиц. Скорость звука в магнитных жидкостях всегда несколько меньше скорости звука в жидкости-носителе. Так, если в керосине скорость звука при комнатной температуре и атмосферном давлении ~1300 м/с, то в МЖ, приготовленной на основе керосина, она находится в пределах 1100-1300 м/c.
Коэффициент поглощения звука увеличивается с увеличением концентрации МЖ и может в несколько раз превосходить значение, характерное для жидкости-носителя.
С увеличением температуры скорость звука в МЖ (как и в большинстве простых жидкостей) уменьшается практически по линейному закону. График зависимости скорости звука от температуры (c = f(T)) в дистиллированной воде представлен на рисунке 17.10а.
График зависимости скорости распространения ультразвука от температуры (c = f(T)) в магнитной жидкости на основе воды представлен на рисунке 17.10б.
Адиабатная сжимаемость магнитных жидкостей β по мере увеличения концентрации твердой фазы φ линейно убывает. График зависимости магнитной жидкости на основе керосина β = f() представлен на рисунке 17.11.
Таким образом, упругие свойства МЖ достаточно близки к упругим свойствам жидкости-носителя. Даже при предельных концентрациях звуковые волны достаточно хорошо распространяются в МЖ (в отличие от световых волн).