17.10.4. Применение магнитных жидкостей

Для разделения объемов, с агрессивными средами от окружающей среды, в технике традиционно использовались различные сальники и твердые уплотнения, перекрывающие зазоры между вращающимися валами и втулками. Однако твердотельные уплотнения характеризуются рядом недостатков, среди которых большие затраты энергии на преодоление сил трения, быстрый износ сальников. Магнитожидкостные уплотнения вращающихся валов свободны от такого рода недостатков.

Устроены магнитожидкостные уплотнения (МЖУ) вращающихся валов следующим образом: во втулку помещается кольцевой магнит, а в зазор, образовавшийся между полюсными наконечниками и валом, впрыскивается МЖ. Неоднородное магнитное поле, существующее в зазоре, засасывает магнитную жидкость, которая полностью перекрывает кольцевую щель. МЖУ выдерживают перепад давления в несколько атмосфер. Они очень широко применяются на космических станциях и спутниках, надёжно герметизируя живой отсек от космического пространства.

Широкое применение магнитные жидкости получили при сепарировании немагнитных материалов. Принцип действия сепараторов немагнитных материалов основан на использовании эффекта левитации: все немагнитные материалы, помещённые в МЖ, выталкиваются из неё при включении неоднородного магнитного поля. Причём, если источником магнитного поля служит электромагнит, то, изменяя силу тока можно добиться того, что будут всплывать кусочки одного какого-то материала, например, стекла. Таким образом, управляя силой тока в электромагните, можно осуществить очень тонкую сепарацию материалов различной плотности. Наиболее целесообразно применять сепараторы на МЖ для обогащения драгоценных металлов и минералов: золота, платины, алмазов. Сепараторы немагнитных материалов были впервые испытаны в США (1973), затем в Японии (1980 г). С 1982 г. были разработаны и применены в СССР.

Возможность удерживать магнитную жидкость в области сильного магнитного поля используются для улучшения характеристик и мощности электродинамических громкоговорителей (динамиков) (рис.17.12). В данном случае МЖ заправляется в воздушный зазор между цилиндрическими полюсными наконечниками постоянного магнита, при этом звуковая катушка как бы плавает в жидкости. Благодаря этому существенно улучшается тепло отвод от звуковой катушки и расширяется динамический диапазон. За счёт жидкостного демпфирования улучшается частотная характеристика.

В машиностроении нашли применение герметизаторы с симметричным расположением уплотняющих элементов[1]. Конструкция простейшего МЖГ такого типа схематически представлена на рис. 17.13.

Ккольцевому магниту 1 присоединены полюсные наконечники 2, охватывающие вал из магнитного материала 3. В зазоры между полюсными наконечниками и валом вводится МЖ 4. Образовавшаяся замкнутая полость 5 заполнена воздухом. Эта полость служит упругим связывающим элементом между двумя одинаковыми магнитожидкостными перемычками.

17.11. Кристаллическое состояние

17.11.1. Отличительные черты кристаллического состояния

Подавляющее большинство твердых тел в природе имеет кристаллическое строение. Так, например, все минералы и все металлы, в твердом состоянии, являются кристаллами.

Характерная черта строения кристаллов, отличающая его от строения газообразных и жидких тел, является наличие так называемого дальнего порядка в расположении частиц. На любом удалении от данной частицы (молекулы, атома, иона) ближайшее окружение частиц полностью сохраняет свой порядок и дистанцию. Благодаря этому кристаллические твердые тела характеризуются анизотропией физических свойств, т. е. зависимостью ряда физических свойств (механических, тепловых, электрических, оптических) от направления в кристалле.

Тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям, называются изотропными. Изотропными, кроме газов и, за отдельными исключениями, жидкостей, являются также аморфные твердые тела. Последние представляют собой переохлажденные жидкости.

Упорядоченное расположение частиц проявляется в правильной внешней огранке кристаллов. Кристаллы ограниченные плоскими гранями, пересекающимися под определенными углами. Раскалывание кристаллов легче происходит по определенным плоскостям.

Правильность геометрической формы и анизотропия кристаллов не проявляются по той причине, что кристаллические тела встречаются обычно в виде поликристаллов, т.е. конгломератов множества сросшихся между собой, беспорядоченно ориентированных мелких кристалликов. В поликристаллах анизотропия наблюдается только в пределах каждого отдельно взятого кристаллика, тело же в целом вследствие беспорядоченной ориентации кристалликов анизотропии не обнаруживает.

Создав специальные условия кристаллизации из расплава или раствора, можно получить большие одиночные кристаллы – монокристаллы. Монокристаллы некоторых минералов встречаются в природе в естественном состоянии.

Упорядоченность расположения атомов кристалла заключается в том, что атомы размещаются в узлах геометрически правильной пространственной решетки. Весь кристалл может быть получен путем многократного повторения в трех различных направлениях одного и того же структурного элемента, называемого элементарной кристаллической ячейкой (рис.17.14).

Длины ребер a, b и c кристаллической ячейки называются периодами идентичности кристалла (периодом кристаллической решетки).

Кристаллическая ячейка представляет собой параллелепипед, построенный на трех векторах и . Этот параллелепипед характеризуется также углами α, β и γ между ребрами. Величины a, b, c, α, β и γ однозначно определяют элементарную ячейку и называются её параметрами.