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拉脫法測(cè)量：不同性能磁性液體的磁表面張力變化規(guī)律與影響因素（二）
來(lái)源：物理實(shí)驗(yàn) 瀏覽 1129 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-16
計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)在線采集了2種磁性液體及白油液膜拉脫過(guò)程中電壓隨時(shí)間的變化曲線，如圖4所示。從圖4可看到，3種液體的電壓變化規(guī)律一致，圖中F和G兩點(diǎn)是液膜破裂前后瞬間的電壓值，片狀吊環(huán)的內(nèi)外徑分別為33.10mm和34.69mm，根據(jù)（6）式即可計(jì)算出液體的表面張力。室溫（20±0.5）℃時(shí)各液體的表面張力見(jiàn)表2.7#白油的表面張力大于磁性液體，這主要是因?yàn)楸砻婊钚詣┑募尤虢档土艘后w的表面張力。當(dāng)22mT的磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí)，磁性液體的表面張力增加，這主要是因?yàn)闊o(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，各磁性顆粒的磁矩方向雜亂無(wú)章，互相抵消，磁性液體不顯示宏觀磁性。當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí)，且磁場(chǎng)方向平行于切線方向的磁性液膜時(shí)，各磁性顆粒的磁矩方向轉(zhuǎn)向外加磁場(chǎng)方向，外加磁場(chǎng)增強(qiáng)了磁偶極子之間的相互作用，導(dǎo)致磁性液體的表面張力增加。
圖4力敏傳感器電壓隨時(shí)間變化曲線
表2磁性液體及7#白油表面張力
4、液膜拉脫過(guò)程受力分析
根據(jù)受力情況將圖4的液膜拉脫過(guò)程電壓變化曲線分為6個(gè)階段，圖5為液膜拉脫過(guò)程方框圖，不同階段片狀吊環(huán)的受力情況不同，電壓變化值也不同，在液膜破裂前后瞬間，忽略液膜的重力，表面張力與重力方向完全一致，此時(shí)F=mg+f1+f2,可得到液體的表面張力。由圖4發(fā)現(xiàn)，不同液體在EF階段的電壓變化情況不同，無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)2F號(hào)磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)Q,越過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，QF階段電壓變化較平緩，且表面張力越小；而7#白油和1F磁性液體并未出現(xiàn)此現(xiàn)象。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是7#白油和1F磁性液體表面張力較大，當(dāng)液膜被拉脫到一定程度時(shí)，很快破裂；而2F號(hào)磁性液體由于表面張力較小，液體分子與分子之間的作用力減弱，宏觀表現(xiàn)為拉脫的液膜更長(zhǎng)，液膜在空氣中會(huì)存在一段時(shí)間，此時(shí)液膜質(zhì)量很小，可忽略不計(jì)，電壓變化較平緩。有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，1F和2F號(hào)磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過(guò)程，但有外加磁場(chǎng)作用于磁性液體時(shí)，F(xiàn)G階段出現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)點(diǎn)，液膜破裂的時(shí)間大于無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)的時(shí)間，主要是由于外加磁場(chǎng)增強(qiáng)了磁性顆粒之間的相互作用，分子和分子之間的磁吸引力增強(qiáng)，導(dǎo)致液膜逐步破裂。
圖5液膜拉脫過(guò)程方框圖
5、結(jié)論
使用拉脫法測(cè)量了磁性液體的磁表面張力，無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，磁性液體的表面張力小于其載液的表面張力，磁性液體液膜拉得更長(zhǎng)，液膜收縮的趨勢(shì)比白油更明顯，這主要是因?yàn)榇判砸后w中加入的表面活性劑降低了其表面張力。由液膜拉脫過(guò)程電壓變化曲線可觀察到：不同條件下磁性液體的電壓變化情況不同，無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)2F號(hào)磁性液體在EF階段存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)Q,越過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，QF階段電壓變化較平緩，且表面張力越?。欢?#白油和1F磁性液體并未出現(xiàn)此現(xiàn)象，這主要是因?yàn)?#白油和1F磁性液體表面張力較大，2F號(hào)磁性液體由于表面張力較小，其液體分子與分子之間的作用力較弱，宏觀表現(xiàn)為拉脫的液膜更長(zhǎng)，液膜在空氣中會(huì)存在一段時(shí)間。有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，2F號(hào)磁性液體在FG階段并未出現(xiàn)電壓變化平緩的中間過(guò)程，但FG階段出現(xiàn)了另一些數(shù)據(jù)點(diǎn)，液膜破裂的時(shí)間大于無(wú)外加磁場(chǎng)作用時(shí)的時(shí)間，主要是由于外加磁場(chǎng)增強(qiáng)了磁性顆粒之間的相互作用，分子和分子之間的磁吸引力增強(qiáng)，導(dǎo)致液膜逐步破裂。