I.1. Чеканов В.В., Бондаренко Е.А., Кандаурова Н.В. Накопление заряда в электрофоретической ячейке с МЖ

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Влияние температуры и магнитного поля на электрическую проводимость и аккумуляцию энергии в кондуктометрической ячейкЕ с магнитной жидкостью

Выполнила:

студентка 5 курса ФМФ

отд. «Физика/Математика», группа «В»

Савельева Анна Евгеньевна

Научный руководитель:

кандидат физ.-мат. наук

доц. Полихрониди Н.Г.

Научный консультант:

доц. Баграмян В.А.

План дипломной работы

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................ 3

ГЛАВА I. Обзор литературы...................................................................................... 4

I.1. Аккумуляция энергии в ячейке с МЖ......................................................... 4

I.2. Анизотропия электропроводности МЖ, наведенная внешним воздействием................................................................................................ 6

ГЛАВА II. Действие электрического и магнитного полей на структурные элементы МЖ.......................................................................................................... 10

II.1.1. Действие ЭП на свободный заряд......................................................... 10

II.1.2. Действие ЭП на электрический диполь................................................ 10

II.2.1. Действие МП на движущийся заряд..................................................... 13

II.2.2. Действие МП на магнитный диполь..................................................... 15

ГЛАВА III. Математическая теория проводимости МЖ.......................................... 16

III.­1. Теория проводимости............................................................................. 16

III.2. Влияние ЭП на подвижность МЖ.......................................................... 20

III.3. Влияние МП на подвижность МЖ......................................................... 21

ГЛАВА IV. Результаты эксперимента и их обсуждение.......................................... 24

1. Исследование ВАХ МЖ при разных темпах нагружения ячейки.............. 24

2. Влияние температуры на ВАХ МЖ............................................................ 34

3. Исследование разряда и саморазряда КЯ с МЖ........................................ 38

4. Влияние температуры на разряд и саморазряд КЯ с МЖ......................... 51

5. Влияние МП на ВАХ, разряд и саморазряд КЯ с МЖ.............................. 56

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................. 59

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................... 60

ВВЕДЕНИЕ

Магнитные жидкости (МЖ) на основе керосина обладают некоторой электрической проводимостью.

Носителями заряда могут быть остаточные ионы технологической процедуры при изготовлении МЖ как продукт распада ионных атмосфер, сопутствующих стабилизирующей оболочке диспергированных частиц и их агрегатов. Предположить в качестве носителей сами магнитные частицы и их агрегата можно, но большая масса и низкая подвижность при, в общем, малом, по-видимому, избыточном заряде маловероятна.

Следствием зависимости могут стать другие явления, уже обнаруженные.

Так уже замечена спонтанная поляризация электродов кондуктометрической ячейки (КЯ), обусловленная, скорее всего, некоторой асимметрией материала электродов. Отчетливо проявляется гистерезис в ходе ВАХ, обусловленный, по-видимому, темпом нагрузки КЯ. Неясна лишь его зависимость от внешних условий, внутреннего состава и структуры МЖ как системы.

Другое замечательное свойство МЖ, связанное с ее проводимостью, – это аккумуляция заряда и энергии в КЯ при ее заряжении. Многие детали этого явления еще скрыты, но кое-что известно определенно. Установлено соотношение (качественное) между заряжающим напряжением и максимальной разностью потенциалов в заряженной КЯ. Изучен ход разряда и найдено, что заряд, накопившийся в ней, значительно превышает заряд этой же ячейки, взятой в роли конденсатора с воздушно-керосиновым и олеиновокислотным наполнителем.

Все эти факты позволили провести первую грубую оценку электрических характеристик МЖ. В настоящей работе продолжены исследования проводимости МЖ на основе керосина и аккумуляции энергии в КЯ в условиях применяющейся температуры; получены некоторые новые результаты о механизме разряда путем изучения саморазряда КЯ и сопоставления его с полным разрядом. Эти результаты пока еще не отличаются высокой степенью точности (количественной) ввиду повышенной чувствительности МЖ к температуре, но качественно определены.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

I.1. Чеканов В.В., Бондаренко Е.А., Кандаурова Н.В. Накопление заряда в электрофоретической ячейке с МЖ

Были проведены исследования электрических свойств МЖ «магнетит в керосине» с ПАВ, олеиновой кислотой объемной концентрацией 5-12 %.

ВАХ ячейки, используемой в данной работе нелинейны, поэтому ячейку можно представить как конденсатор, накапливающий заряд на обкладках, величина которого оказалась равной 10^‑5 Кл(эквивалентная емкость такого конденсатора порядка 10 мкФ.

При подаче на ячейку прямоугольного импульса напряжения с амплитудным значением ± 10 В зависимость напряжения на ячейке от времени имеет вид.

Получили функцию, вида

,

где , C₁ – порядка 10 нФ; , C₂ – порядка 10 мкФ.

Оптические исследования показывают, что время применения отражательной способности ячейки при подаче на нее импульсного напряжения и освещении светом длиной волны l = 504 нм, имеет тот же порядок, что и время зарядки конденсатора.

При подаче const напряжения на ячейку в ней течет ток, под действием которого частицы магнетита двигаются к электродам, образуя вблизи поверхностей проводящий слой, отделенный слоем ПАВ. В объеме ячейки образуется объемный заряд, который обуславливает проводимость ячейки.

Предполагается, что можно рассматривать ячейку как систему последовательно соединенных конденсаторов, обкладки которых представляют собой проводящий слой диоксида олова, слой проводящих частиц с непроводящим слоем ПАВ, проводящую среду, обусловленную возникновением объемного заряда. Эквивалентная схема ячейки:

.

Используя известные формулы электродинамики, была проведена оценка толщины слоя ПАВ для данной модели. Он оказался порядка 10-50 А, что по порядку величины соответствует толщине ПАВ на коллоидных частицах.

Ячейка обладает нелинейным сопротивлением R, что можно объяснить возникающими в объеме жидкости электрогидродинамическими течениями. В связи с нелинейностью J(U) удалось наблюдать автоколебания тока в схеме с ячейкой.