Жидкий металл и магнит
Все мы привыкли к тому, что магнитными свойствами обладают только твердые тела. А возможно ли создать жидкий магнит? Оказывается, возможно. Жидким магнитом можно назвать ферромагнитную жидкость, которая способна проявлять магнитные свойства, находясь в магнитном поле. Более того, в сильных магнитных полях эта жидкость может утратить текучесть, став подобной твёрдому телу. Многие слышали о таких веществах, но большинство считают их экзотическим и дорогим продуктом высоких технологий. Мы решили проверить, реально ли приготовить магнитную жидкость в простой школьной лаборатории.
Таким образом, объектом нашего исследования является ферромагнитная жидкость. Предмет исследования – способы получения ферромагнитной жидкости и её свойства.
Цель – получение ферромагнитной жидкости и изучение её свойств. Для реализации целей поставлены следующие задачи:
1) анализ научной литературы о предмете исследования;
2) получение магнитной жидкости в условиях школьной лаборатории;
4) рассмотрение свойств магнитной жидкости;
5) оценка результатов практической деятельности.
Гипотеза исследования: в обычной школьной лаборатории можно приготовить ферромагнитную жидкость и провести с ней опыты.
Методы исследования:изучение теоретических источников,практический эксперимент, наблюдение, сравнительный анализ.
Практическая значимость исследования заключается в том, что феромагнитную жидкость можно использовать для проведения опытов на уроках и факультативных занятиях по химии и физики, что значительно повысит познавательный интерес к изучению предметов.
Глава 1.
Состав и свойства ферромагнитной жидкости
Ферромагни́тная жи́дкость (ФМЖ, магни́тная жи́дкость, феррофлюид) (от латинского ferrum — железо) —жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля.
Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из ферромагнитных частиц находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости.
Ферромагнитные жидкости обладают свойствами более чем одного состояния материи. В данном случае два состояния это твердый металл и жидкость, в которой он содержится.
Ферромагнитные жидкости состоят из частиц нанометровых размеров (обычный размер от 5 до 10 нм) магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо, стабилизированные в полярной (водной или спиртовой) и неполярной (углеводороды и силиконы) средах с помощью поверхностно-активных веществ или полимеров. Чтобы обволакивать частицы в ферромагнитной жидкости используются, следующие поверхностно-активные вещества (ПАВ): олейновая кислота, полиакриловая кислота, полиакрилат натрия, соевый лецитин. ПАВ препятствуют слипанию частиц, мешая им образовать слишком тяжелые кластеры, которые не смогут удерживаться во взвешенном состоянии за счет броуновского движения.
Ферромагнитные жидкости обладают хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами. Под воздействием сильного вертикально направленного магнитного поля поверхность жидкости с парамагнитными свойствами самопроизвольно формирует регулярную структуру из складок. Этот эффект известен как «нестабильность в нормально направленном поле».
Размеры магнитных частиц достаточно малы, чтобы тепловое движение распределило их равномерно по несущей жидкости, чтобы они давали вклад в реакцию жидкости в целом на магнитное поле. Аналогичным образом ионы в водных растворах парамагнитных солей (например, водный раствор сульфата меди(II) или хлорида марганца(II)) придают раствору парамагнитные свойства.
Ферромагнитные жидкости устойчивы: их твердые частицы не слипаются и не выделяются в отдельную фазу даже в очень сильном магнитном поле. Тем не менее, поверхностно-активные вещества в составе жидкости имеют свойство распадаться со временем (примерно от двух до пяти лет), и в конце концов частицы слипнутся, выделятся из жидкости и перестанут влиять на реакцию жидкости на магнитное поле. Также ферромагнитные жидкости теряют свои магнитные свойства при своей температуре Кюри, которая для них зависит от конкретного материала ферромагнитных частиц, ПАВ и несущей жидкости.
Имеются вещества, сходные по свойствам с ферромагнитной жидкостью – магнитореалогическая жидкость и парамагнетики. Термин «магнитореологическая жидкость
» относится к жидкостям, которые подобно ферромагнитным жидкостям затвердевают в присутствии магнитного поля. Разница между ферромагнитной жидкостью и магнитореологической жидкостью в размере частиц. Частицы в ферромагнитной жидкости это в основном частицы нанометровых размеров, находящиеся во взвешенном состоянии из-за броуновского движения и не оседающие в нормальных условиях. Частицы в магнитореологической жидкости в основном микрометрового размера (на 1—3 порядка больше); они слишком тяжелы, чтобы броуновское движение поддерживало их во взвешенном состоянии, и поэтому со временем оседают из-за естественной разности в плотности частиц и несущей жидкости. Как следствие, у этих двух типов жидкостей разные области применения.
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам. Атомы парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. К парамагнетикам относятся и хлорид железа (II) (FeCl2), которое используется для приготовления ферромагнитной жидкости.
магнит, суперпроводник, жидкий азот, ливитация, обьясните?
это что за матерьял? над которым летает магнит? если бы азота небыло магнит бы проклеился к металу?
почему вообшем так происходит? что недает магниту прилипнуть к этому металу? почему?
коротко ясно и понятно . без всяких ссылок. чтоб я прочитал и сразу во всем разобрался. пока не уснул
Всё просто: тёмный брусок - это и есть сверхпроводник.
А азот нужен, потому как при температуре выше, чем у него, сверхпроводимость пропадает
Сверхпроводник этот - вовсе НЕ МЕТАЛЛ, а керамика, знаменитый YBa2Cu3O8
НЕМАГНИТНЫЙ сам по себе.
А когда он - сверхпроводник, магнит в нём вроде как "отражается": при поднесении магнита в серхпроводнике наводятся круговые токи Фуко, которые создают противоположно направленное магнитное поле. А при попытке поднять магнит - токи в другую сторону, и сверхпроводник притягивается.
Это так, грубо на пальцах. А на самом деле эффект Мейсснера - довольно тонкое КВАНТОВОЕ явление, более подробно "до засыпания" объяснить затруднительно. мне, по крайней мере :-)
Приклеиться не дает индукция. Из школьной физики тебе должно быть известно, что любое ИЗМЕНЕНИЕ магнитного поля вокруг проводника порождает в этом проводнике ток. В курсе? Любое изменение: появление, пропадание, изменение полярности, направления или мощности поля - в любом случае порождает те или иные токи в проводнике. Ты можешь подносить проводник к магниту, можешь удалять, можешь подносить магнит к проводнику или наоборот, можешь поворачивать их относительно друг друга, или вносит в поле посторонние предметы - ЛЮБАЯ из этих ситуаци породит в проводнике какие-либо токи.
Но из того же курса физик ты должен знать, что явление индукции ОБРАТИМО. То есть, работает и наоборот тоже: любое ИЗМЕНЕНИЕ тока в проводнике порождает вокруг него магнитные поля. В курсе?
Направление токов зависит от изменений пооля. А направление полей, порождаемых этими токами - зависит от направления токов. Поэтому, магнитное поле порождаемое током в проводнике ВСЕГДА оказывается противоположным по знаку, чем поле, породившее эти токи.
Таким образом, если ты подносишь проводник к магниту, в проводнике появляются токи, а эти токи, в свою очередь, создают собственные магнитные поля - и эти поля ВСЕГДА направлены так, чтобы помешать твоему движению, затормозить его. Проводник будет сопротивляться сближению с магнитом. И наоборот, если ты уже приблизил его, то попытки его УДАЛИТЬ - тоже будут встречать сопротивление со стороны наведенных полей. Иными словами, магнитнай индукция сопротивляется ЛЮБОМУ твоему телодвижению. Поэтому, если ты, например, сбрасываешь кусок металла на очень сильный магнит, то этот кусок падает медленно, как на парашюте, его магнитные поля тормозят. Но то - простая железка. У нее есть сопротивление, из-за которого наведенные токи быстро затухают - и железка все равно падает. Другое дело - сверхпроводник. Он не имеет электрического сопротивления, и наведенный в нем однажды ток продолжает циркулировать постоянно и достигает фантастических величин. Настолько сильных, что эффект торможения падения просто-напросто ОСТАНАВЛИВАЕТ его совсем. Сила магнитных полей достигает в точности той величины, при которой вес твоего магнитика полностью компенсируется - и магнитик зависает неподвижно. Если ты схватишь его рукой и захочешь извлечь обратно - он и этому движению будет сопротивляться, как будто "не хочет" уходить от тарелочки.
Демонстрация эффекта Мейснера: сверхпроводники и левитация
Эффект Мейснера, также называемый эффектом Мейснера-Оксенфельда, заключается в полном исчезновении потока магнитного поля внутри сверхпроводящего материала ниже его критической температуры. Он был открыт Вальтером Мейснером и Робертом Оксенфельдом в 1933 году.
Мейснер и Оксенфельд обнаружили, что магнитное поле полностью нейтрализуется внутри сверхпроводящего материала и что силовые линии магнитного поля вытесняются изнутри материала, поэтому он ведет себя как идеальный диамагнитный материал.
Эффект Мейснера - одно из свойств, определяющих сверхпроводимость. Этот эффект используется для демонстрации явления магнитной левитации сверхпроводников над магнитами, а также определяет понятие сверхпроводимости: сверхпроводник - это материал, в котором ниже определенной температуры электрическое сопротивление исчезает и возникает эффект Мейснера.
Опыт, демонстрирующий эффект Мейснера в сверхпроводниках
Этот эффектный опыт, после открытия высокотемпературной сверхпроводимости был продемонстрирован на многих физических семинарах в 80-90-х годах XX века. Он позволяет просто и убедительно доказать существование сверхпроводников с критической температурой, значительно превышающей температуру кипения жидкого азота при атмосферном давлении (77 К).
В отличие от низкотемпературных сверхпроводников, новые материалы представляют собой не металлы, а смеси, напоминающие керамику. Рекордсмен из высокотемпературных проводников состоит из таллия, меди, бария, кальция, стронция и кислорода (критическая температура - 138 кельвинов, или минус 135,15 градуса по Цельсию).
Хотя на первый взгляд минус 135 градусов по Цельсию тоже ужасный холод, достичь таких температур намного проще. Хладагентом может быть жидкий азот.
Опыт, о котором пойдет речь, демонстрирует левитацию (парение) сверхпроводника над поверхностью постоянного магнита. Впервые аналогичный опыт был поставлен при температуре жидкого гелия в 1945 г. профессором Московского государственного университета В. К. Аркадьевым. Основан он на эффекте взаимного отталкивания диамагнетика (сверхпроводника) и ферромагнетика (постоянного магнита).
Вы опускаете в чашу закрепленный на цепочке небольшой брусковый магнит. Ниже… Еще ниже. Постепенно словно какая‑то неведомая сила подхватывает магнитик, и он уже самостоятельно «парит» над чашей. В чем причина этого явления? Магнитное поле магнитика индуцирует незатухающий ток на поверхности сверхпроводящей свинцовой чаши, который в свою очередь возбуждает магнитное поле. По закону Ленца это поле стремится оттолкнуть магнитик. Когда сила отталкивания сравнивается с силой тяжести, магнитик начинает парить в воздухе. Этот остроумный эксперимент впервые в мире был проведен в 1945 году профессором Московского государственного университета Владимиром Константиновичем Аркадьевым.
"Штурм абсолютного нуля" (Бурмин Генрих Самойлович)
В феврале 1987 г. исследовательские группы (Хьюстонский и Алабамский университеты, США) обнаружили сверхпроводимость в керамиках из иттрия, бария, меди и кислорода с критической температурой Тс = 93 К.
Важность мировой научной сенсации — обнаружения высокотемпературной сверхпроводимости — подтверждает то, что авторам открытия Дж. Беднорцу и К. Мюллеру присуждена Нобелевская премия по физике за 1987 г. Впервые за всю историю Нобелевских премий мировое научное сообщество признало и оценило открытие с такой быстротой.
Открытие высокотемпературной сверхпроводимости позволило продемонстрировать этот эффект при комнатной температуре. Делается это следующим образом. Образец (брусочек, шайбочка или шарик) из сверхпроводящей керамики охлаждается до 77 К посредством погружения в жидкий азот, а затем быстро помещается над постоянным магнитом, находящимся при комнатной температуре.
Левитация на высоте около 5 — 15 мм от поверхности магнита наблюдается до тех пор, пока образец не нагреется до температуры порядка критической. Занимает это, как правило, от 30 до 50 секунд, а если в образце есть полость, куда попадает жидкий азот, то и 2 — 3 минуты. Сверхпроводимость разрушается, если плотность тока, текущего по сверхпроводнику, оказывается выше критической критической плотности тока jc.
Как сверхпроводимость может заставить магнит левитировать над куском керамики (видео)
Демонстрация эффекта Мейснера во время лекции в Гарварде:
Постоянный магнит начинает парить над керамическим материалом, когда он охлаждается и переходит в сверхпроводящее состояние. Магнит остается в воздухе до тех пор, пока керамика не нагреется выше критической температуры. Керамический материал представляет собой 25-миллиметровый диск из оксида иттрия-бария-меди (YBa2Cu3O7, также обычно называемого «YBCO»).
YBCO имеет критическую температуру 90 К и охлаждается жидким азотом, который кипит при 77 К. Магнит чуть ниже 5 мм с каждой стороны и весит около 0,8 г. Магнит способен левитировать из-за его взаимодействия с постоянными электрическими токами, которые вытесняют внешнее магнитное поле изнутри сверхпроводящего YBCO.
Сверхпроводник YBCO - сверхпроводник, работающий при температуре жидкого азота
Слиток диаметром примерно 25 мм и толщиной от 6 до 9 мм позволяет продемонстрировать эффект Мейснера в малых масштабах с использованием магнитов размером до 5 мм. Оксид иттрия-бария-меди - это особая керамика, получаемая спеканием порошка и соответствующей физико-химической обработкой.
Как и вся керамика, она чувствительна к ударам и тепловым ударам. Это пористый материал, чувствительный к влаге. После распаковки его нужно хранить в герметичном и сухом контейнере. Материал проявляет сверхпроводящие свойства при температурах ниже -190 ° C.
Демонстрационный комплект сверхпроводимости CSDK1:
Здесь тонкий слой сверхпроводника (толщиной ~ 1 мкм) нанесен на сапфировую пластину:
Еще одна демонстрация эффекта Мейснера со сверхпроводниками и магнитами:
Исследованием уже известных и поиском новых высокотемпературных сверхпроводников сейчас занимаются во всех ведущих научных центрах и лабораториях. По этой теме опубликовано тысячи статей и отчетов, проводятся конференции, посвященные высокотемпературной сверхпроводимости.
Н е исключено, что мы скороо станем свидетелями открытия высокотемпературных сверхпроводников следующего поколения, не требующих охлаждения для перехода в сверхпроводящее состояние, которые окажутся сверхпроводниками при температуре 273,15 Кельвина, или ноль по шкале Цельсия .
15 интересных фактов о магнитных жидкостях
Впервые разработанные НАСА для космической программы магнитные жидкости нашли свое место во многих аспектах современного мира. От использования в музыкальных клипах до акустических систем и МРТ-сканирования - магнитные жидкости сегодня повсюду вокруг нас.
Здесь мы рассмотрим, что они из себя представляют, как они работают.
Что такое магнитная жидкость?
Магнитные жидкости, согласно науке являются:
"Коллоидные системы, состоящие из однодоменных магнитных наночастиц, диспергированных в жидкости-носителе, являются удобными модельными системами для исследования фундаментальных свойств магнитных наночастичных систем."
Эти жидкости, как правило, остаются в жидком состоянии, даже когда они контролируются, перемещаются или кинетически взаимодействуют с магнитным полем.
Традиционные методы приготовления магнитных жидкостей включают длительное измельчение магнитного материала стальными шариками в течение нескольких недель в среде-носителе, содержащей диспергирующий агент.
В этих методах измельчения олеиновую кислоту обычно использовали для стабилизации дисперсий в керосине и других углеводородных дисперсионных средах.
Эти жидкости не существуют в природе и впервые были созданы в середине 1960-х - 1970-х годов. Раннее приготовление этих странных материалов было довольно дорогостоящим и стоило около 85 долларов за мл.
Эта высокая стоимость изначально сдерживала применение материала в материаловедении и минералогии. Но позже исследования, проведенные Горным бюро США с использованием магнетита в керосиновой суспензии, снизили цену около $1 за литр.
Один из примеров называется феррофлюид или ферромагнитная жидкость. Эта магнитная жидкость становится сильно намагниченной в присутствии магнитного поля и была впервые разработана НАСА в начале 1960-х годов.
Он был разработан для поиска способа перемещения жидкого ракетного топлива на входе насоса в условиях низкой гравитации или невесомости.
Магнитные жидкости, например, феррожидкости, как правило, состоят из наноразмерных частиц, каждая из которых обычно покрывается поверхностно-активным веществом, чтобы предотвратить их скопление. Феррожидкости обычно теряют индуцированный магнетизм при удалении из внешнего магнитного поля.
По этой причине они классифицируются как "суперпарамагниты".
Однако в 2019 году команде исследователей из Массачусетского университета и Пекинского университета химических технологий удалось создать магнитную жидкость, которая может оставаться постоянно намагниченной. Этот прорыв бросил вызов устоявшейся вере в то, что только плотные твердые частицы с фиксированной формой способны на это свойство.
Как работают ферромагнитные жидкости?
Феррожидкости, как мы видели, содержат мельчайшие частицы окиси железа. Когда магнит притягивается близко к жидкости, эти частицы притягиваются к ней.
Это обычно приводит к тому, что жидкость создает удивительные выглядящие иглы или шипы. Причина этого кроется в сложном взаимодействии различных сил.
Частицы оксида железа притягиваются к магнитному полю, а также само магнитное поле притягивается к жидкости.
Частицы и масло работают вместе как единое целое благодаря наличию поверхностно-активного вещества. Один конец поверхностно-активного вещества плотно прилегает к частицам оксида железа, а другой также удерживает масло.
Это предотвращает скопление и отделение частиц оксида железа от масляного носителя - как вы могли бы увидеть, если бы просто смешали частицы масла и частицы оксида железа.
Из-за этого феррожидкость в целом направляется в концентрированные колонны.
В то же время сила тяжести пытается оттянуть колонны вниз, в то время как поверхностное натяжение масла заставляет каждую колонку тянуть себя, создавая характерные иглы жидкости.
Вы можете прикоснуться к феррожидкости?
Конечно, можете, но это не рекомендуется. Феррожидкость считается основным раздражителем кожи.
Как только Вы касаетесь феррожидкости пальцем, жидкость быстро начинает перемещаться вверх по гребням пальца и вокруг ногтя.
Это не только выглядит неприглядно, но и может и будет раздражать вашу кожу. Она также может надолго оставить на коже пятно.
15 фактов о магнитных жидкостях
Итак, без лишних слов, вот 15 фактов о чудесных материалах, которые являются магнитными жидкостями. Этот список далеко не исчерпывающий и не имеет определенного порядка.
1. Магнитные жидкости, а именно феррожидкости, были разработаны в 1960-х годах Стивом Папелем из НАСА, чтобы помочь перемещать ракетное топливо в условиях микрогравитации.
2. Когда эти жидкости подвергаются воздействию магнитного поля, они имеют тенденцию образовывать характерные шипы или иголки.
3. Большинство магнитных жидкостей не остаются намагниченными в отсутствие внешнего магнитного поля.
4. Феррожидкости обладают сильной окрашивающей способностью и могут окрашивать кожу, стекло и даже керамические поверхности.
5. Настоящая феррожидкость остается стабильной в течение длительного периода времени. Это происходит потому, что содержащиеся в них твердые частицы не агломерируются и не отделяются под действием силы тяжести.
6. Феррожидкости в настоящее время исследуются для лечения опухолей. Идея состоит в том, чтобы ввести их в опухоль и разорвать их на части с помощью магнитных полей.
7. Есть надежда, что магнитные жидкости могут помочь в разработке умных жидкостей в будущем. Такие жидкости могут изменять состояние между твердым и жидким по команде.
8. Некоторые феррожидкости были использованы в системах подвески автомобилей. Изменяя электрический ток через них, жидкость регулирует жесткость подвески в зависимости от условий вождения.
9. Магнитные жидкости становятся все более популярными в качестве художественной среды. В некоторых художественных и научных музеях есть специальные экспонаты, посвященные этим удивительным жидкостям.
10. Возможно, Вы также заметили феррожидкости более чем в нескольких музыкальных клипах. Например, группа Pendulum использовала феррожидкость для музыкального клипа к треку "Акварель".
11. Типичная феррожидкость состоит из 5% магнитных твердых тел, 10% поверхностно-активных веществ и 85% несущей жидкости.
12. Поверхностно-активные вещества имеют жизненно важное значение для феррожидкостей, поскольку они снижают поверхностное натяжение между жидкими и твердыми компонентами. Обычно для этой цели используют олеиновую кислоту, гидроксид тетраметиламмония, лимонную кислоту или соевый лецитин.
13. НАСА также экспериментировало с текучими железными жидкостями в замкнутом контуре с электромагнитами в качестве системы контроля высоты.
14. Магнитные жидкости, такие как феррожидкости, сегодня используются в различных технологиях. Применяются в громкоговорителях, компьютерных жестких дисках, двигателях с вращающимся валом и в качестве контрастного вещества для МРТ.
15. Феррожидкости не следует путать с магнитореологическими жидкостями. Последний состоит из частиц микрометрового масштаба, которые со временем осядут под действием силы тяжести.
Ферромагнитная жидкость - получение в лаборатории
Ферромагнитные жидкости — это жидкости, которые обладают магнитными свойствами и вязкость которых существенно зависит от внешнего магнитного поля.
Допустим, что мельчайшие частицы ферромагнитного вещества смешаны с немагнитной жидкостью и образуют суспензию. Вязкость суспензии такого типа будет зависеть от напряженности приложенного магнитного поля.
Жидкий магнит или ферромагнитная жидкость представляет собой коллоидную смесь (нечто среднее между раствором и суспензией) магнитных частиц диаметром около 10 нм в жидком носителе.
В отсутствие внешнего магнитного поля жидкость немагнитна, так как изначальная ориентация частиц магнетита в ней хаотична. Однако стоит приложить внешнее магнитное поле (например поднести магнит), как магнитные моменты частиц совпадут с линиями внешнего магнитного поля. Когда внешнее магнитное поле убирается, частицы возвращаются к случайному расположению.
Данные явления демонстрируют то, как жидкость меняет свою плотность в зависимости от величины индукции внешнего магнитного поля. Это и делает ее способной формировать фантастические формы.
Жидкий носитель ферромагнитной жидкости содержит поверхностно-активное вещество (ПАВ), необходимое для предотвращения слипания мелких частиц друг с другом. Ферромагнитная жидкость может образовывать взвесь в воде или в органической жидкости. Единица объема типичной ферромагнитной жидкости содержит примерно 5% твердых магнитных частиц, 10% поверхностно-активного вещества и 85% жидкого носителя.
В одном из типов ферромагнитной жидкости, которую можно изготовить самостоятельно, имея соответствующую квалификацию и немалый опыт работы в химической лаборатории, в качестве магнитных частиц используется магнетит, в качестве поверхностно-активного вещества - олеиновая кислота, а в качестве жидкого носителя — керосин, необходимый для придания составу состояния суспензии.
ВНИМАНИЕ, ПРИ САМОСТОЯТЕЛЬНОМ ИЗГОТОВЛЕНИИ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ ВСЕ РАБОТЫ ДОПУСКАЕТСЯ ПРОВОДИТЬ ТОЛЬКО НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ ИЛИ В ХОРОШО ПРОВЕТРИВАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ, С СОБЛЮДЕНИЕМ ЗАЩИТНЫХ МЕР!
В принципе готовую ферромагнитную жидкость можно найти в высококачественных динамиках, в лазерных головках некоторых CD и DVD – проигрывателей. Такие жидкие магниты используются в уплотнениях, где требуется низкий коэффициент трения вала двигателя.
Можно просто разобрать ненужный дисковод или вскрыть динамик чтобы добраться до жидкого магнита, но совсем нетрудно сделать собственную ферромагнитную жидкость, если иметь соответствующую квалификацию, все делать последовательно, правильно, и соблюдать при этом необходимые меры безопасности.
Проблема в том, что в процессе приготовления ферромагнитной жидкости используются легковоспламеняющиеся вещества и выделяется ТЕПЛО и ТОКСИЧНЫЕ пары. Необходимо использовать средства индивидуальной защиты органов зрения, дыхания, средства защиты кожи, обеспечить надежную и эффективную вентиляцию, и главное — иметь опыт работы в химической лаборатории.
Кроме того ферромагнитная жидкость может сильно испачкать кожу и одежду, нанести вред вашим детям и животным. Если произойдет случайное проглатывание, то возникнет необходимость экстренного обращения в токсикологический центр. Есть риск отравления железом, к тому же носитель — керосин, легко воспламеняем.
Вариант получения ферромагнитной жидкости в лаборатории
В подходящих лабораторных условиях, потребуются следующие материалы:
аммиак бытовой; олеиновая кислота (продается в некоторых аптеках, магазинах товаров для рукоделия и здорового питания);
средство для травления печатных плат (раствор хлорида железа, доступный в магазинах электроники).
Можно приготовить раствор хлорида железа или железа, либо использовать порошок магнетита или магнитного гематита (магнитный гематит - недорогой минерал, используемый в ювелирных изделиях). Также понадобится стальная вата, дистиллированная вода, магнит, керосин, источник тепла, 2 мерных стакана, пластиковый шприц или медицинский стакан (чтобы отмерить 10 мл), фильтровальная бумага или кофейные фильтры.
Олеиновую кислоту и керосин можно заменить, однако замена химикатов приведет к изменению в некоторой степени характеристик ферромагнитной жидкости. Можно попробовать другие поверхностно-активные вещества и другие органические растворители, однако поверхностно-активное вещество должно быть растворимо в растворителе.
Магнитные частицы жидкости состоят из магнетита. Если вы не начинаете с магнетита, то необходимо будет его приготовить. Это достигается реакцией восстановления хлорида железа (FeCl3 — ТОКСИЧЕН!) в растворе как при травлении печатных плат, до хлорида железа (FeCl2 — ЯД!). Затем хлорид железа будет подвергнут реакции с образованием магнетита.
В стеклянную чашку наливают 10 мл раствора для травления печатных плат и 10 мл дистиллированной воды. Добавляют кусок стальной ваты. Перемешивают жидкость до изменения цвета на ярко-зеленый (зеленый — это FeCl2 – ЯД!). Жидкость отфильтровывают через фильтровальную бумагу или кофейный фильтр. Жидкость сохраняют, фильтр — выбрасывают.
Для осаждения магнетита из раствора добавляют 20 мл травителя для печатных плат (FeCl3 — ТОКСИЧЕН!) в зеленый раствор (FeCl2 – ЯД!). Далее добавляют 150 мл нашатырного спирта. Магнетит Fe3O4 выпадет в осадок из раствора — это то, что и нужно было получить.
Далее магнитные частицы необходимо покрыть поверхностно-активным веществом, чтобы они не слипались друг с другом при намагничивании. Покрытые частицы будут суспендированы в носителе, поэтому магнитный раствор будет течь как жидкость.
Для работы с аммиаком (ТОКСИЧЕН, ЯДОВИТ!) и керосином (ВОСПЛАМЕНЯЕМ!), носитель следует готовить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемой лаборатории.
Раствор магнетита нагревают чуть ниже точки кипения. Добавляют 5 мл олеиновой кислоты. Поддерживают огонь до тех пор, пока аммиак не испарится (примерно час). Снимают с огня, дают остыть.
Олеиновая кислота реагирует с аммиаком с образованием олеата аммония. Тепло позволяет олеат-иону проникнуть в раствор, а аммиак улетучивается в виде газа (поэтому и необходима вентиляция). Когда олеат-ион связывается с частицей магнетита, он снова превращается в олеиновую кислоту.
К суспензии магнетита добавляют 100 мл керосина. Суспензию перемешивают до тех пор, пока большая часть черного цвета не перейдет в керосин. Магнетит и олеиновая кислота нерастворимы в воде, а олеиновая кислота растворима в керосине. Покрытые частицы покидают воду, переходят в керосин. Далее сливают и сохраняют слой керосина, сливают воду.
Магнетит плюс олеиновая кислота плюс керосин — это и есть ферромагнитная жидкость. Ферромагнитная жидкость очень сильно притягивается к магниту, поэтому при экспериментах между жидкостью и магнитом принято располагать барьер, например лист стекла.
Избегайте разбрызгивания жидкости. И керосин и железо ТОКСИЧНЫ, поэтому не допускайте попадания жидкости на кожу и тем более — в рот. Не перемешивайте жидкость пальцами, не трогайте ее голыми руками.
Храните жидкий магнит вдали от детей, источников тепла и пламени. Если вам в какой-то момент потребуется утилизировать ферромагнитную жидкость, утилизируйте ее так же, как утилизируют керосин.
Профессиональное развитие начинается здесь: Телеграмм канал Домашняя электрика
Читайте также: