什么是磁流體簡單介紹
什么是磁流體簡單介紹
磁流體既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。那么你對磁流體了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是磁流體的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是磁流體
磁流體作為一種特殊的功能材料,是把納米數(shù)量級(10納米左右)的磁性粒子包裹一層長鏈的表面活性劑，均勻的分散在基液中形成的一種均勻穩(wěn)定的膠體溶液。磁流體由納米磁性顆粒、基液和表面活性劑組成。一般常用的有Ni、Co等作為磁性顆粒，以水、有機(jī)溶劑、油等作為基液，以油酸等作為活性劑防止團(tuán)聚。由于磁流體具有液體的流動性和固體的磁性，使得磁流體呈現(xiàn)出許多特殊的磁、光、電現(xiàn)象，如法拉第效應(yīng)、雙折射效應(yīng)和線二向色性等。這些性質(zhì)在光調(diào)制、光開關(guān)、光隔離器和傳感器等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。
磁流體在磁場的作用下形成豐富的微觀結(jié)構(gòu)，這些微觀結(jié)構(gòu)對光產(chǎn)生不同的影響，能在很大的程度上改變光的透射率和折射率、產(chǎn)生大的法拉第旋轉(zhuǎn)、磁二向色散性、克爾效應(yīng)等。磁流體的這種在磁場中的特性可以用在磁光開關(guān)、磁光隔離器、磁光調(diào)制器、粗波分復(fù)用器等。
磁流體力學(xué)是結(jié)合經(jīng)典流體力學(xué)和電動力學(xué)的方法，研究導(dǎo)電流體和磁場相互作用的學(xué)科，它包括磁流體靜力學(xué)和磁流體動力學(xué)兩個分支。
磁流體靜力學(xué)研究導(dǎo)電流體在磁場力作用于靜平衡的問題;磁流體動力學(xué)研究導(dǎo)電流體與磁場相互作用的動力學(xué)或運(yùn)動規(guī)律。磁流體力學(xué)通常指磁流體動力學(xué)，而磁流體靜力學(xué)被看作磁流體動力學(xué)的特殊情形。
導(dǎo)電流體有等離子體和液態(tài)金屬等。等離子體是電中性電離氣體，含有足夠多的自由帶電粒子，所以它的動力學(xué)行為受電磁力支配。宇宙中的物質(zhì)幾乎全都是等離子體，但對地球來說，除大氣上層的電離層和輻射帶是等離子體外，地球表面附近(除閃電和極光外)一般不存在自然等離子體，但可通過氣體放電、燃燒、電磁激波管、相對論電子束和激光等方法產(chǎn)生人工等離子體。
能應(yīng)用磁流體力學(xué)處理的等離子體溫度范圍頗寬，從磁流體發(fā)電的幾千度到受控?zé)岷朔磻?yīng)的幾億度量級(還沒有包括固體等離子體)。因此，磁流體力學(xué)同物理學(xué)的許多分支以及核能、化學(xué)、冶金、航天等技術(shù)科學(xué)都有聯(lián)系。
磁流體的制備方法
磁流體制備方法主要有研磨法，解膠法，熱分解法，放電法等。
(1)碾磨法。即把磁性材料和活性劑、載液一起碾磨成極細(xì)的顆粒，然后用離心法或磁分離法將大顆粒分離出來，從而得到所需的磁流體。這種方法是最直接的方法，但很難得到300nm以下直徑的磁流體顆粒。
(2)解膠法。是鐵鹽或亞鐵鹽在化學(xué)作用下產(chǎn)生Fe3O4或γ-Fe2O3，然后加分散劑和載體，并加以攪拌，使其磁性顆粒吸附其中，最后加熱后將膠體和溶液分開，得到磁流體。這種方法可得到較小顆粒的磁流體，且成本不高，但只使用于非水系載體的磁流體的制作。
(3)熱分解法。是將磁性材料的原料溶入有機(jī)溶劑，然后加熱分解出游離金屬，再在溶液中加入分散劑后分離，溶入載體就得到磁流體。
(4)蒸著法。是在真空條件下把高純度的磁性材料加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的微粒遇到由分散劑和載體組成的地下液膜后凝固，當(dāng)下地液膜和磁性微粒運(yùn)動到下地液中，混合均勻就得到磁流體。這種方法得到的磁流體微粒很細(xì)，一般在2-10nm的粒子居多。
(5)放電法。其原理與電火花加工相仿，是在裝滿工作液(經(jīng)常與載體相同)的容器中將磁性材料粗大顆粒放在2個電極之間，然后加上脈沖電壓進(jìn)行電火花放電腐蝕，在工作液中凝固成微小顆粒，把大顆粒濾去后加分散劑即可得到磁流體。[1]
磁流體的研究內(nèi)容
研究磁流體問題，首先是建立磁流體力學(xué)基本方程組，其次是用這個方程組來解決各種問題。磁流體力學(xué)主要用來研究解決的有：
理想導(dǎo)電流體運(yùn)動對磁場影響的問題;或流體靜止時，流體電阻對磁場影響的問題，其中包括磁凍結(jié)和磁擴(kuò)散。
通過磁場力來考察磁場對靜止導(dǎo)電流體或理想導(dǎo)電流體的約束機(jī)制。這個問題是磁流體靜力學(xué)的研究范疇，對受控?zé)岷朔磻?yīng)十分重要。磁流體靜力學(xué)在天體物理中，例如在研究太陽黑子的平衡、日珥的支撐、星際間無作用力場等問題的解決中也很重要。
研究磁場力對導(dǎo)電流體定常運(yùn)動的影響。方程的非線性使磁流體動力學(xué)流動的數(shù)學(xué)分析復(fù)雜化，通常要用近似方法或數(shù)值法求解。它們雖然是簡化情況的解，然而清晰地闡明了基本的流動規(guī)律，利用這些規(guī)律至少可以定性地討論更復(fù)雜的磁流體動力學(xué)流動。
研究磁流體動力學(xué)波，包括小擾動波、有限振幅波和激波。了解等離子體中波的傳播規(guī)律，可以探測等離子體的某些性質(zhì)。此外，激波理論在電磁激波管、天體物理和地球物理上都有重要的應(yīng)用。
磁流體的研究方法
等離子體的密度范圍很寬。對于極其稀薄的等離子體，粒子間的碰撞和集體效應(yīng)可以忽略，可采用單粒子軌道理論研究等離子體在磁場中的運(yùn)動。對于稠密等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，研究這種等離子體在磁場中的運(yùn)動有兩種方法。一是統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)方法研究等離子體在磁場中的宏觀運(yùn)動;二是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法即磁流體力學(xué)，把等離子體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)來研究它在磁場中的運(yùn)動。
磁流體力學(xué)是在非導(dǎo)電流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，研究導(dǎo)電流體中流場和磁場的相互作用。進(jìn)行這種研究必須對經(jīng)典流體力學(xué)加以修正，以便得到磁流體力學(xué)基本方程組。
磁流體力學(xué)基本方程組具有非線性且包含方程個數(shù)又多，所以求解困難。但在實(shí)際問題中往往不需要求最一般形式的方程組的解，而只需求某一特殊問題的方程組的解。一般應(yīng)用量綱分析和相似律求得表征一個物理問題的相似準(zhǔn)數(shù)，并簡化方程，即可得到有實(shí)用價值的解。
磁流體力學(xué)相似準(zhǔn)數(shù)有雷諾數(shù)、磁雷諾數(shù)、哈特曼數(shù)、馬赫數(shù)、磁馬赫數(shù)、磁力數(shù)、相互作用數(shù)等。求解簡化后的方程組不外是分析法和數(shù)值法。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)方法可以求解較復(fù)雜的問題。
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