Магнитная жидкость как коллоидная система магнитных частиц и ее физико-химические свойства

Физические свойства магнитных жидкостей

Физические свойства МЖ описаны в прекрасном обзоре Шлиомиса [32], следуя этому обзору, напомним статистические свойства магнитных коллоидов.

Существование магнитных коллоидов предполагает, что взвешенные в дисперсной среде твердые частицы дисперсной фазы не оседают под действием силы тяжести. Это возможно в том, случае, если скорость оседания частиц, определяемая формулой Стокса, не будет превышать скорость теплового движения этих частиц в несущей жидкости.

В поле тяжести твердая частица, взвешенная в жидкой несущей среде, испытывает действие силы:

.

которая уравновешивается в стационарных условиях силой вязкого трения Стокса:

.

Отсюда:

.

т.е. сферические частицы диаметра d образуют седиментационный поток:

.

равный числу частиц, пересекающих в единицу времени единичную площадку, расположенную перпендикулярно к линии действия силы тяжести. В результате такого движения частиц возникает градиент концентрации, приводящий в свою очередь к возникновению диффузионного потока частиц, описываемого законом Фика:

.

и направленного противоположно седиментационному потоку.

В равновесном состоянии эти потоки должны уравновешивать друг друга:

.

откуда следует:

С учетом того, что для сферических частиц коэффициент диффузии равен:

.

получим:

Из этих формул можно сделать оценочные прикидки. В качестве оценочных параметров примем: с₁=5200 кг/м³; с₂=770 кг/м³; з=1,5?10^-3 кг/м•с; d=10нм; Т=300 К; k=1,38?10^-3 Дж/К.

Тогда средняя скорость оседания:

.

Тепловая скорость: .

Характеристическая высота, на которой концентрация частиц уменьшается в е раз: .

Из приведенных оценок видно, что диффузионные процессы явно преобладают над седиментационными. Например, под действием силы тяжести частица d=10 нм смещается на 1 мм примерно за 70 дней, а такое же диффузионное смещение произойдет за 2,5 часа.