Abstract
Direct measurements of surface tension, viscosity and surface elasticity under the action of external forces are often impossible. In many tasks, the magnetic fluid surface tension is considered to be independent of the magnitude of the applied magnetic field and is determined by the properties of the base fluid. The anisotropy of the magnetic properties at the interface due to the jump in the fluid’s magnetization suggests the dependence of the surface tension tensor on the magnetic field. In this paper, we propose a new experimental method for studying the surface tension of a magnetic fluid in an external uniform magnetic field, depending on the orientation of the magnetic field intensity towards the liquid-gas interface. The study was carried out with the help of modified capillary wave method in a magnetic field orthogonal to the liquid surface and with the ring detachment method in the case of a longitudinal field. It was shown experimentally that the surface tension of a ferrocolloid fluid base (kerosene) does not depend either on the frequency of capillary waves excitation or on intensity of an applied external magnetic field, and corresponds to the value determined with the help of a commercial tensiometer by the standard method of ring detachment. The surface tension of the ferrofluid decreases with increasing intensity of the orthogonal magnetic field interface and with increasing frequency of acoustic vibrations. However, an increase in the field strength longitudinally directed to the interface, provokes an increase in the surface tension of the magnetic fluid. The experimental results are in qualitative agreement with theoretical predictions by A. V. Zhukov: the eigenvalues of the surface tension tensor monotonically increase with the tangential magnetic field component and monotonically decrease with an increase in its normal component.
Highlights
Прямые измерения поверхностного натяжения, вязкости и поверхностной упругости в условиях действия внешних силовых полей зачастую не удается провести
The magnetic fluid surface tension is considered to be independent of the magnitude of the applied magnetic field and is determined by the properties of the base fluid
We propose a new experimental method for studying the surface tension of a magnetic fluid in an external uniform magnetic field, depending on the orientation of the magnetic field intensity towards the liquid-gas interface
Summary
Использование магнитных жидкостей (МЖ) в различных областях науки и техники зачастую основано на влиянии магнитного поля на межфазную границу с немагнитными средами. Указанные способы измерения основаны на достаточно большом изменении формы межфазной поверхности под действием внешнего магнитного поля. Характеристики возбуждаемой волны оказываются нечувствительны к прямому воздействию магнитного поля, что позволяет измерить свойства межфазной поверхности, взаимная ориентация вектора нормали к которой и вектора напряженности магнитного поля в процессе измерения не нарушается. Высокая пространственная чувствительность метода (динамический диапазон прибора 50 дБ), с одной стороны, позволяет с высокой степенью точности фиксировать профиль поверхности, но, с другой, определяет максимально допустимую величину деформации межфазной поверхности в 50 мкм на 1 см, ограничивая тем самым величину напряженности магнитного поля, достижимого в эксперименте (Н┴ < 4.2 kА/м). Использованной в эксперименте, это поле ниже критической величины напряженности, необходимой для возникновения неустойчивости Розенцвейга на поверхности, которая составляет Н┴ ~ 10 кА/м. Поворот оси симметрии катушек Гельмгольца относительно границы раздела жидкость – газ позволял менять угол между вектором напряженности и вектором нормали к поверхности
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.