chất lỏng tuyệt vời

21

chất lỏng tuyệt vời

N. A. MEDKOV

Bài viết này sẽ nói về một số tính chất của một chất bất thường - chất lỏng sắt từ - và các thí nghiệm đơn giản với nó.

Nếu nhân loại đã quen thuộc với nam châm rắn từ thời cổ đại, thì chất lỏng sắt từ, tức là dung dịch keo của vật liệu sắt từ rắn, đã thu được vào những năm 60 của thế kỷ chúng ta. Hiện nay những chất mới này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và thậm chí còn tìm thấy một số ứng dụng thực tế.

Chúng ta cũng hãy “làm quen” với chất lỏng sắt từ và các tính chất của nó.

Cách điều chế chất lỏng sắt từ

Trước hết, bạn sẽ cần dầu thầu dầu (bạn có thể mua ở hiệu thuốc) và sắt oxit hydrat Fe₂O₃ • nH₂O (bạn có thể tìm thấy nó trong phòng hóa học của trường).

Tác giả bài viết này là Ilya Medkov, học sinh lớp 10 trường 204 Matxcơva.

Đổ 10-15 g dầu vào cối sứ và trộn với chất sắt từ đã biến tính cho đến khi tạo thành chất lỏng, tương tự như kem chua đặc. Nghiền hỗn hợp đã chuẩn bị trong cối trong vòng 10 - 15 phút.

Những gì bạn thu được không phải là một nghiệm chung thực sự, vì các hạt không đồng nhất và kích thước ngang của chúng lớn hơn 10⁻⁹ m. (Để thu được các dung dịch thực sự tập thể, bạn cần có các thiết bị phức tạp, chẳng hạn như máy nghiền rung để biến đổi các hạt và máy ly tâm để phân tách theo kích thước sau đó của chúng.) Tuy nhiên, để nghiên cứu các tính chất đặc trưng của chất lỏng sắt từ, hỗn hợp này hoàn toàn phù hợp.

Trong các thí nghiệm của mình, chúng tôi đã sử dụng một nam châm điện trình diễn ở trường có cuộn dây 2400 vòng làm nguồn từ trường. Nó được cấp nguồn từ mạng điện xoay chiều có điện áp 220 V thông qua cầu diode (bất kỳ điốt nào có dòng điện tối đa đều phù hợp, hơn thế nữa

22

0,5 A). Điều quan trọng nhất là việc lựa chọn mạch từ (lõi nam châm điện). Để có đủ
chính xác là một từ trường đều, diện tích mặt cắt ngang của mạch từ ít nhất phải là 8-10 cm2.
Bạn có thể tự làm bằng cách sử dụng các tấm mỏng cách điện tốt với nhau hoặc bạn có thể sử dụng lõi rời của máy biến áp trình diễn ở trường.
Sau khi chuẩn bị chất lỏng sắt từ và lắp ráp nam châm điện, bạn có thể bắt đầu thí nghiệm.

Thí nghiệm và quan sát

1. Đặt 30-40 g chất lỏng vào một cốc nông (nhất thiết phải làm bằng vật liệu không có từ tính!), đặt cốc vào đầu mạch từ và bật từ trường. Bạn sẽ quan sát thấy chất lỏng dâng lên ở trung tâm (trong thí nghiệm của chúng tôi là khoảng 5 mm). Nếu hỗn hợp không được trộn đều hoặc hàm lượng bột sắt từ quá cao thì kết quả sẽ là “con nhím”, như trong Hình 1.

2. Trộn kỹ chất lỏng sau thí nghiệm trước. Nếu bạn nhận được một con nhím, hãy chuẩn bị một phần hỗn hợp mới có hàm lượng dầu cao hơn. Đặt cốc một lần nữa vào đầu mạch từ, lấy các que làm bằng vật liệu không có từ tính và khi bật từ trường, vẽ một số loại hoa văn trên bề mặt chất lỏng (Hình 2,a). Đợi vài giây và tắt trường. Bề mặt của chất lỏng sẽ được làm mịn và đường viền của bản vẽ bạn đã áp dụng sẽ vẫn hiển thị trên đó (Hình 2, b). Sau đó bật lại trường - hình ảnh sẽ xuất hiện lại (Hình 2, c). Quy trình này có thể được tiếp tục nhiều lần bằng cách bật và tắt từ trường.

Hình 2 thể hiện những bức ảnh chúng tôi chụp trong quá trình thử nghiệm. Chúng tôi có thể “khôi phục” cùng một hình ảnh 5-6 lần, nhưng thực tế chúng tôi không thể vẽ rõ ràng (mặc dù khoảng thời gian giữa các lần bật trường lên tới 20 phút trở lên).

23

3. Đối với thí nghiệm này, bạn sẽ cần một từ trường rất mạnh. Bạn có thể sử dụng cùng một nam châm điện, nhưng cách tiếp cận lý thuyết là hình nón. Ở gần đầu hình nón, từ trường sẽ mạnh nhất. Nếu bạn nhỏ một giọt chất lỏng lên đầu rồi bật trường, chất lỏng sẽ ngay lập tức đổi màu, chuyển sang màu cam hoặc đỏ tươi (tùy thuộc vào thành phần của nó).

Các thí nghiệm đã kết thúc. Chúng ta hãy nghĩ xem tại sao và làm thế nào những hiện tượng kỳ diệu này sẽ xảy ra.

Trong thí nghiệm đầu tiên, chúng ta thấy chất lỏng dâng lên ở giữa tiết diện của mạch từ. Hiệu ứng này được gọi là tĩnh điện và bao gồm sự gia tăng áp suất chất lỏng trong vùng có từ trường mạnh.

Khả năng “ghi nhớ” là đặc điểm của nhiều vật liệu. Tương tự như vậy, một chất lỏng từ tính, từng mang một dạng trong đó năng lượng của nó là tối thiểu, một lần nữa “ghi nhớ” trạng thái của nó khi trường được bật.

Những kinh nghiệm và quan sát khác sẽ tự ràng buộc chúng.

Những ứng dụng thực tế có thể

Nhiều cấu trúc sắc bén sử dụng chất lỏng điện từ đã được phát minh. Dưới đây là một số trong số họ.

Ở loa chất lượng cao, chất lỏng từ tính có thể được đổ vào khe hở giữa cuộn dây điện từ và lõi của nó. Điều này cho phép tăng đáng kể các đặc tính của diamiks.

Dựa trên chất lỏng tuyệt vời này, bạn có thể tạo ra một máy bơm đặc biệt. Nó là một ống làm bằng vật liệu dẻo được đặt cùng với một nam châm điện trong buồng chứa chất lỏng. Khi nam châm điện được bật, chất lỏng sẽ dao động, ống đàn hồi bị biến dạng và chất trong đó được bơm theo hướng mong muốn. Điều này phần nào gợi nhớ đến hoạt động của thực quản con người nên có tên gọi: bơm nhu động. Ví dụ, một máy bơm như vậy có thể được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho tàu vũ trụ.

Chất lỏng sắt từ cũng có thể được sử dụng trong chất lỏng từ tính để làm kín các ổ trục của tuabin, làm lớp nhiệt trong động cơ nhiệt, v.v.

Phần kết luận

Các thí nghiệm với chất lỏng sắt từ rất thú vị. Nếu bạn thích trải nghiệm của chúng tôi, bạn có thể tiếp tục chúng hoặc nghĩ ra những trải nghiệm mới. Vì vậy, trong các cuốn sách hóa học phổ biến, bạn có thể tìm thấy công thức điều chế sắt tự cháy. Nó là một loại bột mịn đến nỗi nó tự bốc cháy trong không khí (hãy cẩn thận với nó!). Chất lỏng sắt từ chứa sắt tự cháy có những đặc tính rất thú vị.

Thảm họa ở xích đạo

(Để bắt đầu, xem trang 13)

Đồ thị ba trong hình, biểu thị độ cao của mặt trời lặng dưới dạng hàm của thời gian (ngày) tại ba điểm gần xích đạo, giải thích điều gì đang xảy ra. Cả ba hàm đều gần nhau và có hai cực tiểu (22/6 và 22/12), nhưng chỉ đối với một trong hai hàm đó (đường 6 - điểm trên xích đạo) thì giá trị hàm tại các điểm này là như nhau; đối với một điểm ở bán cầu nam (dòng 8), giá trị nhỏ nhất đạt được ở mức tối thiểu thứ nhất (22 tháng 6), đối với một điểm ở bán cầu bắc (dòng a) - ở điểm thứ hai (22 tháng 12).

Các đường chấm chấm cho thấy cả ba đồ thị đều thu được từ các đường cong hình sin thông thường bằng cách phản chiếu tương đối với đường thẳng α=90° phần nằm trên đường thẳng này (xét cho cùng, theo một điểm nhất định, Mặt trời không thể nâng tất cả các điểm thiên đỉnh sao cho α=90°).

H. N. Mikhailenko