Экспериментальное исследование акустомагнитного эффекта и его применение для измерения скорости звука в магнитных жидкостях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ЕДЕРАЩИ ПО ВЫЗПЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

На правах рукописи УДК 537.84:534.213.4:534.22.094.1

• ДЬЯККОЗ ЕВГЕ'Ш ВИКТОРОВИЧ

. ЭКСПЕРТ МЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ШСКШПМГНОГО ЭКНКТА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИЗгЕРЕшЗ СКОРОСТИ ЗВУКА В МАГНИТНЫХ дикостях

01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учеиоЯ сгепеки *»"»»-о-ма?гглатйческмс наук

•Нсета -

г>

Работа выполнена на кафедре физики Курского политехнического института.

Научный руководитель: доктор физико-математических

наук, профессор Полунин В.Ы.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, член-корреспондент РАЕН, профессор Толмачев В.В.

кандидат физико-математических наук Шустров Б. А.

Ведущая организация: Ставропольский политехнический

институт

Защита состоится года на заседа-

нии специализированного совета К063.93.02 при Московской институте приборостроения по адресу: 107076, Москва, ул.Стромынка, 20 в 10 ч. СО мин.

С цяссертапкеЯ мзжэ ознакомиться в библиотеке МИЛ.

^ >1 , /"'/-> ^ Автореферат разослан " * /Л/19Э4 т.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико-математических наук - Баландин В.А.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Акустомагнитный эффект САТЛЭ> - индуцирование переменного электрического поля и ЭДС в проводящем контуре при распространении акустических колебаний в намагниченной магнитной жидкости №Ж) вследствие неполной компенсации возмущений ее намагниченности колебаниями напряженности размагничивающего поля.

Колебания наматнкченности прл распространении плоской продольной воли объясняются "по концентрационной модели АУЭ колебаниями концентрации феррочастип (04) в ней. С ростом напряженности намагничивающего поля сама намагниченность и амплитуда ее колебаний нарастают, стремясь г насьгщгшао. Зависимость амплитуды индуцируемой ЭДС от напряженности намагничивавшего поля (полевая зависимость А?0) в приближении суперпарамагнитного газа близка к функции Ланжевена как при коллинсар-ной, так и при взаимноортогональной ор!*.ентациях волнового вэк- ■ тора К и вектора напряженности Но накагничивасщего поля.

Стоячая волка, возниканцая при распространении плоских продольных волн, повторяется концентрацией феррочастип и намагниченность!) МЖ вдоль нагнитсасидкостаого столба. Поэтому АМЭ . позволяет непосредственно и следовать ее индукционным датчиком, перемещаемым ше резснатсоа, и интерферометрически определять скорость звука в ЦК,

Актуальность исследованных в диссертационной работе проблем определяется необходимостью экспериментального доказательства как акустомагнитного эффекта и изучения его законометнос-тей для проверяй адекватности концентрационной модели, так и применимости АКЭ для исследования акустического поля в магнитной жидкости и создания магнитстмдкостного интерферометра.

Диссертация етполнена в соответствии с постановлениями ПЯТ 0678 Н.2 от 21.12.83 г. и »485 Об.ОЗ.НЛ от I4.II.6o г., материалами Координационного плана АН ССи3 на 11-с лятилетну код. 1.3.5.9, пржазсм Минвуза РСЗСР ®64* от 10.10.86 г., Кктлеясной программой Минвуза РСФСР на П-в пятилетку и на период до 1990 г. по проблеме "¡¿агнятные жидкости" и планами Ш5Р Курского политехнического института ГОСКОМВУЗА России.

Цельв работа яугяется создание оксг.ержентаяьноЯ устанозяи я систематичесгсэ иоуйняе на не? гаксисксшсетсй ¡'ЛЭ з кзл-лп:п-

ченной заполняяцей цилиндрически^ резонатор, при распространении в ней плоских продольных волн с волноеым вектором "¡Г как коллингпгшм, так и ортогональным напря:-:е: шести намагничивавшего поля М5 , а также разработка и создание основанного на АХЗ ыашитсхидкостгюго интерферометра и исследование возможностей его применения для изучения акустического поля плоских волн и определения скорости их распространения в МЖ, заполняемая податливую цилиндрическую оболочку.

,Научная неяияна результатов рабеш изложена в п.л. 2 и 3 положения, ешюсимых на защиту.

Практическая ценность диссертации заключается в следупцем:

- акусто^агнитпый з^окт при-'снен как для эксперименталь-ксго определения пола;:ени:" узлоа-и пучностей колебаний намагниченности п нп.'-пг;г.1ченной КН, .запслнящсГ! пилигщрическиЯ резонатор, т.е. для иеследсикия вознихаетей а этой системе стоячей акустической волга, так и для определения скорости звука в не Я специально разработанным магнитсжидксстшм интерферометром;

- тзпабстан учебный г.ркбсо а.с. 143РЭ84, предназначенный для демонстрации болношх и магнитных явления в курсе обп^й физики.

Аг.тор ппюсит на защиту:

1. Экспериментальную установку для комплексного исследования акустст.гагнитного з.^екта при генерации плоской продольной звуггвсЯ волны в иагнитноЯ жидкости, заполняющей цилиндрический резонатор.

2. Резулт.таты экепяртенталыих исследования зависимостей П'тялхтуд»1 и-учшигучмой ЗГ;С от наг.р.ттеннссти намагничивает,его поля при везбууд'-'нпн плосксЯ продольно;; звуковой волы в магнитно.': кидуостк, эаг¡олняи^ей цилиндрический резонатор, в случаях келлиноаргг? и югпмносртсгшалънсЯ ориентация векторов Но и

К , состоя!':«л из линейно нарастакг;его начального участка, пе-рехедяцега а утютсх насыщения, и педтвер:хдагцих концентрационную модель акустомагнитного аффекта.

3. Результата экспериментального исследования частотней зависимости скорости распространения плоских продольных звукошх вели, полученные в интервале от 10 до 60 к!"ц методой магнитожид-костного интерферометре в заполненных магнитной хидкостьп стек-дяшых скгандричесхих резонаторах при коллинеарной ориентации векторов Н, и К , подтверждавшие нали'ше участков дисперсион-

шх кришх, имещих в зависимости ог соотношения толщины стенки и диаметра резонатора вил плато или нисходящей ветви, и обнаруживающие, что в последнем схучае спад скорости звука с ростом частоты олеретлет ее убивание, предсказываемое теорией.

4. Результаты экспериментального исследования концентрационной зависимости-скорости распространения плоских продслыг« звукешх волн з магнитной кидкости, получение в интервале от 1С до 60 кГп метода,! мапштояидкостного интерферометра при ::ол-линаарной ориентации лекторов "ТГ0 и К с испольаованнем занятого цилиндрического резонатора, обеспечивавшего огсутсткие в указанном интервале. чгстотной зависимости, связанно? с глиянпом стенки, и подтретадагцне к-.Т"*пы ^дативной модели акглгечаяти дисперсконтйгх систем.

Апроба;тгя работа. Материала дасссртаиионной ргбети вались и обсукдались на Ш ЕсесекзноЯ юсоя-э-сечкк.ага по магнитным жидкостям г.Плес, 1933 г., ка ХУЛ г.Ленецк, 1?2й г. и ХУЗ ■ г.Калшин, 1Р£5 г. Ес2сойз!ЫХ кяфзреквкях по фпзгке ¡лчгкитиих явлений, 1в >;п Рккском созегцании по .Магниткой гпдродм-п'нае г.Саласпилс, 1937 г., на Гсессазнсй нт^гчио-тсхнической кш^'-эргн-сии "Состояние и перспектиш развития электротехнолог;'.."" г."га-ново, 1987 г., на У Есессвз. М конференции по кагнитшм эедкостям г.Плес, 1988 г.

Публикации. Основные результаты, полученные з диссертации, опубликованы в П-ти работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка тетируеной литератур и приложения. Работа изложена на 163 страницах и содержит 78 рисунков, 14 таблиц, 68 наименований вотируемой литературы "и 14 страшда приложения.

ОСНОВНОЕ ССДЕРЕАШЕ РАБОи

Во введении обоснована актуальность выбранной тз?ы исследо-г.':нпл, определена ноль исследования, научная незкзна, практичзс-""1 нскность и оснор.'ме положения, гынссиие на защиту, схарак->вг7.;я"г .. •! стр., .а,, дпеепртаики.

г,-:чяе гроакалжирСЕига ?/ртсда вгугренкя спсрсгтн

О

звука в жидких средах и показано» что в килогерпевом диапазоне метода импульсные нецелесообразш из-за большой протяженности ячейки, а интерферометрические не позволяют непосредственно исследовать стоячув волну. Заполненная жидкостью цилиндрическая камера в указанном диапазоне является закрытым резонатором с податливой стенкой, изменяющей скорость звука по сравнению с неограниченным объемом жидкости. Скорость звука С в толстостенном резонаторе с жесткой связью между кольцевыми элементами стенки и Со в неограниченной объеме жидкости связаны формулой Кортевега -

• л _ __4.0________

~ 4 V (I)

П ¿Е1о (Й,/Й4у _ 1

где Е - модуль упругости материала стенки, С, и Кг - ее внешний и внутренний радиусы, а § - плотность жидкости, которая на низких щетотах справедлива и для реэснатора тонкостенного, элементы стенки которого друг с другом не связаны. С ростом вдетоты массовое сопротивление элемента нарастает, при резсспнсноЯ частоте

г _ Сствнш_: (2)

тг (й4 - йо '

где С стенки - скорость звука в материале стенки, компенсирует сопротивление упругое, элемент становится акустически мягким и в ее окрестности

т.е. наблюдается связанная с влиянием стенки "геометрическая" дисперсия, имевшая резонансный характер.

Рассмотрены структура и классификация магнитдах жидкостей, проанализированы механизмы и характер температурюй и концентрационной зависимостей скорости звука в них. Подчеркнуто, что с ростом кснц»ктрации твердой фазы быстрота убивания скорости замедляется, данные о одстотной зависимости скорости звука противоречивы, а влияние магнитного поля объясняется созданием прост-роиственно ориентированных структур агрегатов ФЧ. В 11Ж слабоагре-гатированных это влияние проявляется в полях с напряженностью не менее 500 кА/м, Стмечоно, что в ИЕ предпочтительны измерительные метода с постоянной базой, не нарушающие пространственные структуры.

Приведено теоретическое обоснование АМЭ в намагниченной птзи обеих ориентациях Ц0 и К , содержащееся в работах В.М.Полунина и основанное на концентрационной модели, по которой звуковая волна шзывает в намагниченной гэдкости возмущения намагниченности 5К и разкагничиващего поля бНр за счет колебаний концентрат"! 54, температуры и кинетики агрегатов в язщ-кости-носителе. Индуцирование электрического поля является результатом конкуренции этих явлений.

Сопоставите с экспериментом швода этой модели гласят, что при взаимноортогональной ориентации Но и К АМЭ sea:.:о:гон даяе в неограниченном объеме МИ, а при 1{оллкнеарнсЯ ориентации -лииь в ограниченном объеме, где раз.'.гагничивакций ¿¡актор меньзэ единица и нет полной компенсации колебаний намагниченности колебаниями напряяенности размелгничивапцего поля. К£сме того, в обоих случаях взаимной ориентации векторов На и К при распространении плоской продольной bojsü в цилиндрическом образце магнитной жидкости с ростом напряженности намагничиваяцего поля как сама намагниченность, так и амплитуда ее колебаний нарастает, стремясь к насыщению, вследствие чего зависимость амплитуда индуцируемой ЭДС от напряженности намагничивавшего поля (полевая зависимость АШ) в приближении суперларамагнитного rasa близка к {ункнии Ланжевена.

При радиальных же колебаниях в цилиндрическом образце НЕ, намагниченном вдоль оси, полевая зависимость имеет максимум, что Бпервые было показано в работах В.В.Соколова и Э.А.ТреГубкина, нсследоваваих заксномерюсти АИЭ на дискретном наборе радиальных акустических колебаний, генерируемых при совпадении волноаах сопротивлений МЖ и материала стенки цилиндрического'резонатора.

Сопоставлен физические ОСНОЩ И ЗАКСКСМбрНОСТИ АМЭ в КЖ и иагнитсупругости в твердых телах. .

Сделан швод, что поскольку распределение концентрации фер-рочастод и намагниченности вдоль кагнитогзздкостного столба повторяет форму установившейся в нем стоячей в иы, последняя катет быть непосредственно исследована на основе АШ индукционным датчиком, перемёдаемым вне резонатора вдоль него. Следовательно, возможно основанное на AJO интерферометрическсе определение скорости звука в системе JíS-цилиндрическая оболочка.

Из анализа-.теоретических и экспериментальных исследований вытекает постановка задач работа: экспериментально иселэдозатъ

полеше зависимости АЫЭ при распространении в цилиндрическом образце 11Е плоской звуковой волны при обеих взаимных ориентация* векторов Но и К , изучить на основе АИЭ возникающую при этом стояли волну, создать основанный на АЮ иагнитажидкостной интерферометр и исследовать на нем влияние податливости стзнки на скорость распространения звука в системе МЕ-шьяиндрическая оболочка.

Ео второй главе описаны образца используемых магне-титошх НЕ на керосиновой основе и представленная на рис.1 блок-схема разработанной установки по исследованию АКЭ в ЫЖ, заполняющей различные цилиндрические резонаторы при обеих взаимных ориентациях векторов Н0 и К , и состоялся из генератора I синусоидальных электрических колебаний, их преобразователя 2 в продольные колебания излучателя 3, вво-дише в магнитную жидкость 4, заполняющую стекляншй резонатор 5, расположенный в магнитном поле источника 6. ЭДС наводится в катулке 7, перемещаемой вдоль резонатора, и передается на измерительный прибор 8.

На устччонке на базе магнита я горизонтальном однородно!.! магнитном поле, создаваемом ме.гду его плсскге.м полюсными наконечниками дул»гетрои 0,1 м, исследо&ищ полеше зависимости и зависимости наводимой ЭДС от выходаого. напряжения ген_ератора как при вэакмнооргсгсняльнсй ориентации векторов Но и К в МХ, заполнятся вертикальный цилиндрический резонатор, так и при обеих их ориентациях в одинаковом реюме генерации продольных колебаний с использованием вертикального резонатора с горизонтальным коленом, параллельным полю, представленного на рис.2, где I -

Рис.1. Еяск-схема установки по исследосдз'.ию А.*£5 в шг-нитной жидкости

Приведено теоретическое обоснование АМЭ в намагниченной МН пш обеих ориентация* Ц0 и К , содер-яацееся в работах В.М.Полунина и основанное на концентрационной модели, по которой звуковая волна вызывает в намагниченной жидкости возмущения намагниченности §М и размагничивающего поля SHp за счет колебания концентрат".« £4, температуры и кинетики агрегатов в яад-кости-носителе. Индуцирование электрического паля является результатом конкуренции этих явлений.

Сопоставите с экспериментом хизода этой модели гласят, что при взаимноортогдаальноЯ ориентации Н0 и К АМЭ возноген даже в неограниченном объеме Iffl, а при холлкнеарноЗ ориентации -лияь в ограниченном объеме, где размагничиьащий фактор меныпэ единкць) и нет пашой компенсации колебаний намагниченности ноле-банипми напряженности размлптчиващего поля. Крс?.:е того, в обоих случаях взак.псЯ ориентации векторов Н0 и К при. распространении плоской продольной волм в цилиндрическом образце ютнит-ной кидкости с ростом напряженности намагничивавшего поля как сама намагниченность, так и амплитуда ее колебаний на-растает, стремясь к насып-енот, вследствие чего зависимость амплитуды индуцируемой ЭЛС от напряженности намагничивавшего поля (полевал зависимость АМЭ) в пряблснгн'/.и суперпаракагдитного газа близка к -£ункпии Ладя® вена.

При радиальных те колебаниях в цилиндрическом образца МЕ, намагниченном здоль оси, полевая зависимость имеет еткскгун, что впервые было показано в работах В.В.Соколоза и Э.А.ГреГубкина, исследовавзпс закономерюсти AIS на дискретном наборе радиальных акустических колебаний, генерируемых при совпадении волношх сопротивлений ЫН и материала стенки цилиндрического 'резонатора.

Сопоставлены физические оснош и закономерности АЮ в К5 и иагнитоупругости в твердк телах. .

Оцелан швод, что поскольку распределение концентрации фер-рочастиц и намагниченности вдоль кагнитояидкостного столба повторяет форму установивкеЯся в нем стоячей в иы, последняя мозят быть непосредственно исследована на основе АНЭ индукционным датчика.', перемёцаемым вне резонатора вдоль него. Следовательно, в сз ноет о основанное на АМЭ штерферометрическсе определение скорости звука в системе КЗ-цилиндрическая оболочка.

Из анализа .теоретических и экспериментальных исследований вытекает постанопка задач работа: экспериментально иселедстть

' _Г>

полеше зависимости АЫЭ при распространении в цилиндрическом образце НЕ плоской звуковой волны при обеих взакяшх ориентациях векторов Но и К , изучить на основе АИЭ возникапцув при ото;.? стсячуи волну, создать основанный на АМЭ магнитажидкостной интерферометр и исследовать на нем влияние податливости стзнки на скорость распространения звука в системе МЕ-шлиндрическая оболочка.

Во второй глава описаны образцы используемых магне-титошх МК на керосиновой основе и представленная на рис.1 блок-схема разработанной установки по исследованию АМЭ в ЫН, заполняпдзй различные цилиндрические резонаторы при обеих взаимных ориентациях векторов Н0 и К , и состоялся из генератора I синусоидальных электрических колебаний, их преобразователя 2 в продольные колебания излучателя 3, вводимые в магнитную жидкость 4, заполняющую стекляшый резонатор 5, располагавший в магнитна.! поле источника 6. ЭДС наводится в катупке 7, перемещаемой вдоль резонатора, и передается на измеритель-.ай прибор 8.

На установке на базе магнита в горизонтальном однородном магнитнсм поле, создаваемом между его плоскими полюсными наконечниками диаметром 0,1 и, исслсдов-'иал полеше зависимости и зависимости наводимой ЭДС от шходасго. напряжения генератора как при взаимноортогсняльноЯ ориентации векторов На и К в МН, заполнявшей вертикальный цилиндрический резонатор, так и при обеих их ориентациях в одинаково« режиме генерации продольных колебаний с использовишем вертикального резонатора с горизонтальным коленом, параллельным поли, представленного на рис.2, где I -

Рис.1. Блек-схема установки по исслвдоганив А10 в магнитной жидкости

излучатель, 2 - магнитная жидкость, 3 - резонатор с коленом, 4, 5 - полуксльпеБая и кольцевая катушки, б - осциллограф, 7 - наконечники магнита.

Исследования стоячей всл-1<ы и измерения скорости звука в системе "Б-килнндричзсккй теэтаатер шлслнены при пг«о-п;и основанного на Л."Э магни-тежидкоетнсго интер^ерлнетра, з котором вдоль вертикального резонатора с "3 перемещается иэчерителыгыЯ узел, состояния из схватываемой резонатор кольцевой катулки, вла::еш!Ой в кольцевой кагнит, создастся параллельное оси резонатора поле иапряггешсстьп '—115 кА/м. Для продольных волн пмолндет-ся коллинеарность гектсрэв Из я К .

Преимуществами такого интерферометра являются постоянство базы и отсутствие погрешности определения эффективной длим ка-к'еуы, а та юте искажений акустического поля помеченным в него чувствительным элементом.

При исследовании №3 снималась зависимость амплитуда наводимой ЭДС либо от напряженности камагничиващего поля (полевая зависимость), либо от шходного напрят-ения генератора при постоянном поле, для чего катупка помечалась в область максимума стоячей е0лны.

Для наблюдения стоячей волны находи юь зависимость астли-туда ЭДС от координаты катушки, перемечаемой вдоль резонатора, а для измерения скорости звука магнитагвдкостнци интерферометром катудка многократно помещалась в каждый из нескольких последсва-тельшх минимумов, что позволяло применять статистически методику расчета длины волны и псгрсзюстп ее определения.

л 41

Рис.2. Схема установки для параллельного исследовзг я А1Э при ¡Гк и "нГхТ"

Третья глава содержит результаты исследования полешх зависимостей АМЗ и зависимостей амплитуда индуцируемой ЭДС от • выходного напряжения генератора для различных Мй при Обеих ориентациях Нв и К .

Их анализ прежде всего подтверждает существование АМЗ при распространении плоских волн в цилиндрическом образце МЖ для коллинеарной ориентации векторов Н0 и К , что находится в противоречии с теоретическими шведами, содержащимися в работах В.В.Соколова и Э.А.Трегубкина. Качественное совпадение полевых зависимостей при обеих ориентациях На и К , особенно полученных в одинаковом режиме генерации плоских волн в вертикальной части и колене резонатора и приведенных на рис.3, позволяет предполагать существование единого для обеих ориентации меха--низма возникновения АМЭ. Сходство их графиков с функцией .Ганже-

излучатель, 2 - магнитная жидкость, 3 - резонатор с коленом, 4, 5 - полукслы:евая и кольцевая катузки, б - осциллограф, 7 - ¡пконетеихи магнита.

Исследования стоячей волны и измерения скорости звука в системе ¿¡Б-цилтадричэсккй тезшатор шлслнены при почо-г,и основанного на "'Э мдгии-тсжддкоетного кнгер$ср"г:етра, з котором вдоль гергикалького

резонатора с

. лередачаез

:я

Рис.2. Схема установки для параллельного исследовзг ч "з пр/Хп'к и ТЗГЛГ"

измерительный узел, состояний кз охвату вагг^о Я рззаатср кольцевой кзлудка, злсашзгсЗ в кольцевой кагнит, созданий параллельное оси резонатора поле напряженностью кА/и.

Для продольных волн шполклзт-ся коллинеарность векторов На и К .

Преимуществами такого интерферометра является постоянство базу и отсутствие погрешности определения эффективной длины камеры, а также искажений акустического поля помеченным в него чувствительным элементом.

При исследовании ЛМЭ снкмалась зависимость амплитуда наводимой ЭЛС либо от напряженности намагничивающего поля (полевая зависимость), либо от выходного напряжения генератора при постоянном поле, для чего катулка помечалась в область максгоума стоячей волны.

Для наблюдения стоячеР волны находи ;сь зависимость амплитуду ЭДС от координаты катушки, перемечаемой вдоль резонатора, а для измерения скорости звука магнитожидкосгкым интерферометром катушка (.многократно помещалась в каждый из нескольких последовательных минимумов, что позволяло применять статистическую методику расчета длины волны и погреэссти еэ определения.

>

Третья глава содержит результаты исследования полешх зависимостей AID и зависимостей амплитуды индуцируемой ЭДС от • выходного напряжения генератора для различных ИЖ при обеих ориентация* Нв и К .

Их анализ прежде всего подтверждает существование АЮ при распространении плоских волн в цилиндрическом образце ЫЕ для коллинеарной ориентации векторов Н0 и К , что находится в противоречии с теоретическими шведами, содержащимися в работах В.В.Соколова и Э.А. Трегубкина. Качественное совпадение полевых зависимостей при обеих ориентациях Я0 и К , особенно полученных в одинаковом режиме генерации плоских волн в вертикальной части и колене резонатора и приведенных на рис.3, позволяет предполагать существование единого для обеих ориентации меха-■ низма возникновения АМЭ. Сходство их графиков с функцией Тлнже-вена подтвепгдает концентрационную модель. Незначительное

- относительная амплитуда индуцируемой ЭДС,__ . о-в вертикальной части резонатора, T.e^npj^Ho 1К , Xi• — в горизонтальном колене, т.е. пот Ц4 И К

1Г

расхождение соленых зависимостей, представленных на рис.3, обьяс-6 о няется различием раамагаичяааэ-щего фактора в вертикально;! части и колене резонатора (0,455 и 0,С-12 соответственно).

Зависимость относительной амплитуда ЭДС от относительного выходного напряжения генератора, представленная на рис.4, линейна при обеих ориентациях То иХ во всем интервала используемых ■ напряжений (до 60 Е).

Качественное различие экспериментальных зависимостей .АЛО в МЗ и аналогичных закономерностей магкитоупругости в перлаллоэ ш— ^текает из различия физических основ етих явлений (изменение концентрации <54 при распространении колебаний и перестойка доменной структуры под действием механических напряжений соответст— вешш).

Четвертая глава содержит результаты исследования стоячей акустической волы и 'измерения скорости звука в системе 12а-цм-линдрическая оболочка на основе АМЭ.

На. установках по исследовании Л2,'Э экспериментально обнарута-на периодическая зависимость индоютруемоЯ ЭДС от координаты перемечаемой вдоль резсна-^ра катушки, близкая к синусоидальной и подтверждающая возможность исследования на основе АМЭ возникавшей в резонаторе стоячей акустической волны у измерения скорости звука ин-ерферочетрическим методом.

На тех те установка.? в полях до 330 кА/м^нз обнаружена зависимость скг^ости звука от напряга нн ости намагничиващего поля и взагелюЯ ориентации векторов Нв и К , что для слабоагрегиро-ванных МЗ в полях до 5С0 кЛ/м подтверждается другими авторами.

На магнитояидкостном интерферометре исследованы частотные зависимости скорости распростране. .ля плоских продольных волн 8

Рис.4. Зависимость относительной амплитуда индуцируемой ЭДС от относительного выходного напряжения &5 при

ИГхК

)

«50

«00

Ш-

доо

Со, к/с

системе МЕ-податливая цилиндрическая оболочка в интереале 10...60 кГц, нкшяя гинша которого определяется спадом амплитуда индутшруемой ЭДС из-за уменьиения быстрота изменения магнитного потока, а Еерхняя - соотношением длины измеряемся вол-fa и шсоты измерительной катузкк.

В резшаторе с 3>И£ан =13,6 мм,

- 6 h/RinvtP = 0,51 паи

для наборд полученных последоглтель-° ' ^ кым разбавлением згесп: и образцов ЫК с плотнос-

тдш от г.С^хКр кг/м3 до 1,26хЮ3 кг/м3 такие о зависимости имеет вед

т>- 4 плато и иллюстрируются

. 2 графиками на рис.5, "S «Э где Сз - скорости в

__неограш:че:шой кагнкто-

_e ^ кидхсстной среде, расчи-

т ;j танные по формуле (I). полученные результата П0ДТБерВДают сузгество-G-Q - 1,26-!Э кг/М Ванке резонаторов тол-

^_t стостенных и указа едют

50 •Г.кТи, на отсутствие в интервале 10...60 кГц дисперсии, связанной со свойствами ШК.

Построенные по полученным в зтсм эксперименте данным и приведенные на рис.6 конпентра-'пионкые зависимости CoC^fiи CCÇ^ показывают замедление убывания скорости звука с ростом концентрации (плотности) МЕ, что согласуется с результ ;aim, полученными другими авторами, и подтверждает шведа <еддЯи«зНйЯ подели формирования сжхжеио&т дасяррсирацых систем.

<:i0=2JD7irfKr/«3 3-Ç=i,73-l0V/Mî

10

30

Рис.5. %стотные зависимости скорости звука для КЕ разных плотностей

1Г

1,0

0,8

0.6

OA-

0,2-

0,25 0,50 QJ5

расхождение полешх зависимостей, представлен их на рис.3, обьяс-■ьо няется различием раэмагничнэаэ-° цего фактора в вертикальной части и колене резонатора (0,455 и 0,С42 соответственно).

Зависимость относительной амплитуды ЭДС от относительного выходаого напряжения генератора, представленная на рис.4, линейна при обеих ориентациях и ~1Г" во всем интервале используемых ' напряжений (до 60 В).

Качественное различие экспериментальных зависимостей А1!Э в КЗ и аналогичных законопергсстей магнитоупругссти в пермаллое ш-текает из различия физических основ этих явлений (изменение концентрации 04 при распространении колебаний й перестойка доменной структура под действием механических напряжений соотоетст— вето).

Ш

Рис.4. Зависимость относительной амплитуда Д^ индуцируемой ЭДС от относительного выходного напряжения Ъs при

"ЯГхК

Отвергая глава содержит результаты исследования стоячей акустической волы и измерения скорости звука в системе LiS-ou-линдрическая оболочка на основе АЮ.

На установках по исследованию А1Э экспериментально сбнарутд на периодическая зависимость индуцируемой ЭДС от координата перемечаемой вдоль рсзсна-^-та катуики, близкая к синусоидальной и подтверждающая возможность исследования на основе А?.!Э возникающей в резонаторе стоячей акустической волны и измерения скорости звука тг-ер^ерочетричеекмм методом. .

На тех ire установкам в полях до 330 кЛ/:.?не обнаружена за-аисимость скггости звука от напряженности намагничивавшего поля

и взаимной ориентации векторов Нв

К , что для слабоагрегиро-

ваншх МЯ в полях до 5С0 кЛ/м подтверждается другими авторами.

На магнитожидкостнсм интерферометре исследованы частотные зависимости скорости распространения плоских продольных волн 8

и

системе МЕ-податливая цилиндрическая оболочка в интервале 10...60 кГц, никняя граница которого определяется спадов амплитуды индуцируемой ЭДС из-за уменьшения быстроты изменения магнитного потока, а верхняя - соотноаением длины измеряемой волга и и соты измерительной катушки.

Ш

Ш

4050-

1000

Со, к/с

3

В резшаторе с ТгкЕан 13,6 мк, Км,тр = 9>° № и

Ь/ЕЕнутр = "Р"

для набор! полученных последоглтель-ным разбавлением згости обрасиов »Ж с плстнос-1Ш от 2,07х103 кг/м3 до 1,26x1с3 кг/к3 такие зависимости !1.:ест е;:д плато и иллюстрируются графиками на рис. 5, где Со _ скорости в неограниченной кагикто-кидксстноЯ среде, расчи-танные по формуле (I). Получегшые результата

4- с Ш ь/л чеииа(е дозудь'шта 5:^ = 145-10 КГ/М п0дтверддавт суцество-1,26• 10 кг/М ваяие резонаторов

-ю

30

Тол—

_( стостенных и указывают

50 ■Г.кГи. на отсутствие в интервале 10...60 к1Ъ дисперсии, связанной со свойствами КЕ.

Построенные по подученным в отом эксперименте данным и приведенные на рис.6 концентра -"I»!сякие зависимости СаОр и Ш)) показывают замедление убывания скорости :звука с ростом концентрации (плотности) МЕ, что согласуется с 'результ. ¿ами, получешшми другими авторами, и подтверждает выводы -.аДДй^ЕН'ОЯ подели формирования сжимаемости ди.срерспрш^х систем.

Рис.5. Частотные зависимости скорости звука для МЕ разных плотностей

я

Со,С Ш -

да ••

юоо -

950

м/с •

с0сд")

СС^

15

2 {МО5, кг/*3

Рис.б. Зависимости скорости звука от плотности МЖ:

1 - В неограниченней глагнитоптдкостисй С СП до,

2 - в системе МК-пилиндгический резонатор

'^стотные зависимости, полупённче для МЖ плотностьп 2,07х х1(Я кг/м^ в резонаторах с В^щц = 11,0 мм, Р^мчт(> = 9,7 мм,

С,13 и соответо^пато 13,3 мм, 12,4 мм и 0,07 (графики I и 3 на рис.7 соответственно) для того г.з диапазона частот имеют вид нисходящей ь^тви и покапывает бист\ий спад скорости звука в системе НН-резонатор с ростом частота. В силу отсутствия диспепсии, связанной го свойствами МН, он-/'-подтвертд^лт су-чествование тонкостенных резонаторов и резонансный характер "геометрическо-Л" дисперсии в них.

Экспериментально установлений спад существенно опережает убывание скорости, раститыглемое по .^ерму.тш (3) и (2), где Со взято из пкепеоиментоя с толстосте .им резонатором (графики 2 я

Сэ Ст */с

650 +

600 -■

750

7С0

650

—+— 20

АО

60

» Н.Омм 0Ъ»УТТ = 9,7 мл\

ь/явнгтр = 0,13

х0 = 169,23 кГц

05кешн = й.змм 05НУГР ^

* аш

(о - 156,51 кГц

{"»кГц

Рис.7, .еоретические Ст( О и экспериментальные СэСО зависимости скорости звука от частоты в системе ИЕ-тонкостенная пилкндшческая оболочка.

Со,С м/с

Рис. 6. Зависимости скорости звука от плотности МЕ:

1 - в неограниченно!* магнит спада; остп ой среде,

2 - в системе МХ-аилиндричесний резонатор

Чгстотше зависимости, полученные для МЯ плотностью 2,С7х х1(Я кг/а3 в резонаторах с Вд^щц = 11,0 мм, Рв1)чт? = 9,7 мм, Ь/ПМУ№= С,13 и соответственно 13,3"мм, 12,4 мм и 0,07 (графики I и 3 на рис.7 соотпетственно) для того же диапазона частот имеют вид нисходящей ь-гви и покапиачют быстрый спад скорости звука в системе 1!3-реаонатор с ростом частота. В силу отсутствия диспепсии, связанной ,-о свойствами М2, ош?-подтвертд_от су-яестворание тонкостенных резонаторов и резонансный характер "геометрической" дисперсии в них.

Экспериментально устляоплешый спад существенно опережает убывание скорости, расчитываемое по формулам (3) и (2), где Со взято из экспериментов с толстосте им резонатором (графики 2 и

Сз Ст */С

або

750 '

650

— 20

АО

60

Рьл ЕШМ * 11,0 мм 0бнутр = я7 м*

ьдвкпр = 0,15 х0 =169,23 кгц

0бкешн = в.з ММ 0БНУТР - ЙАмм

Ь/Кьнутр = 0.07 ■Го - 156,31 кГц

{"»кГц

Рис.7, .еоретические СтС ^ и экспериментальные СэСО зависимости скорости звука от частоты в системе МК-тшкостенная цилиндрическая оболочка.

4 на рис.7 соответственно), ггричач с ростом частоты это опережение в обоих резонаторах нарастает, а для одинаковых частот оно больше в более пироком резонаторе с меньшим значением п/В^г*-Это опережение не объясняется неточными значениями параметров, подставляемых в фот-мулы (2) и (3), и его причину следует искать в допущениях, сделанных пои их шводе.

Достовешость результатов определения скорости зиука методом магнитот.идкостного интерферометра обеспечивается статистической методикой определения половины длины волны и погрешности, ее определения, основанной на то./, что набор значений Л/2 к оценок их среднеквадратичных отклонений рассматривается как набор неравнотсвих измерений, количество которых (меньше тридпа- • ти) требует применения распределения Стьюдента для расчета доверительного интервала оиенк!.' \/ 2. • Расчеты показывают, что, например, при исследовании частотной зависимости скорости звука в системе МК-тонкостенный цилиндрический резонатор с внешним диаметром II мм при увеличении частоты от 10,645 до СО,328 кГц абсолютная погрешность нарастает от 3,3 до 15,0 м/с, а относительная - от 0,4 до 1,8?. Для резонатор! с Енепним диаметр«! 13,3 мм в интервале от 10,700 до 50,329 к11п - от 2^2 до 15,1м/с, т.е. от 0,3 до 2,3?.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕНЕ0ДЫ РАБОТЫ

1. Разработана экспериментальная установка для изучения акустомагнитнаго эффекта в намагниченной магнитной жидкости, заполняющей различные цилиндрические резонаторы как при колли-неаоноЯ, так и при вза»-нооптогональной ориентации векторов Не

и Т . .

2. Экспериментально подученные неизвестные ранее полеше зависимости АМЭ при распространении в МЖ, заполняющей пил;идри-ческий реэонатоо, плоских продольных акустических волн при обеих ориентациях векторов На и К подтверждают его концентра; и-оннуп модель. ~ °

3. Экспег-?лента-тько установлена линейная зависимость АМЭ в МЖ от электрического напряжения, подаваемого на активный элемент излучателя.

4. Создан основанный на АМЭ «агнитолсидкостноЯ интерферометр, а котором скорость звука определяв - ля посредством исследования

стоячей акустической волны индукционным датчиком, перемещаемым • вне каперы параллельно ее стенке.

5. Его преиьуцеством является г.остоянстю базы и отсутствие погрешности определения эффективной длины камеры и искажений акустического поля помешенным в него датчиком, диапазон же исследуемых частот ограничен снизу спадом амплитуды индуцируемой ЭДС из-за уменьшении быстроты изменения магнитного потока, а сверху - соотнопениеы длины измеряемой млны и шеоты измери-■ тельной катушки.

6. На магнитоя-лдкостном интерферометре ь интервале

ТО...60 кГц для стеклянных, цилиндрических резонаторов, заполненных магнитной жидкостью, подтгеркдено наличие участков дисперсионных крив"х, имевших в зависимости от соотношения талоны стенки и диаметре резонатора еид плато или нксходяцей ютги и обнерукено, что в последнем случае спад скорости звука с ростом частоты опережает ее убывание, предсказываемое теорией.

7. ГЬлученная на нем концентрационная зависимость скорости распространения плоских продольных волн в iE подтверждает iur'~ ды вддатиЕно" модели формирования сжижаемости дисперси-'1:'.ю. систем.

8. Результаты исследований, клюлненных на магнитокидюст-ном интерферометре, использованы для разработки учебного прибора для демонстрации полноеьк и магнитных яшений в курсе оберй физики.

ОСЮВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДООСЕРТ/ЩИ ОТРАЕЕЮ В СВДУЩК РАБОТАХ:

Т. Полунин B.U., И ян ко в Е.В., Еськов И.В., Никитин A.B. Об ин-дшеации ультразвук- т)й волны в мвгнитной жидкости // Материалы HI Всесоюзной школы-семинара по магнитным кидкостям. М.: Изд-во 1Ъсковского университета, Т9е"\ С. 204-205. 2. Полунин В.М., И>янков Е. В. Наблюдение юзкг/цоний намагниченности при распространении - звука г- намагниченной жидкости // Магнитная гидродинамика, 1964. J? I. С. J26-T27. 3. Зрайченко В.А., Игнатенко Н.К., ГЬлунин Б.М., 1Ьянков Е.В., Рослякова Л.И., Черншова A.A. Акустические явления е-намагниченной системе магнитных частиц // ХУП Бсесосзная конференция по физике магнитных велений. Тез. докл. Донецк, ТШ5. С. 199-200.:

4. Полунин В.М., Пьянков В. В., Авилов A.B. О некоторых особенностях юзмущения намагниченности магнитной жидкости звуком // Магнитная гидродинамика, 1966. № Т. С. 40-44.

5. ГЬлунин Е.М., ГЪянков S.D. ГЪезомагниткый эффект в магнитной жидкости // ХП Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Т.З. Магнитные жидкости. Саласпилс: Ин-т физики

АН Лат в. ССР, 1987. С. 155-158.

6. H.Ü. Игна?енко, В.М.ГЬлунин, Е.Б.Пьянков. О магнитожидкост-нкх электромеханических преобразователях колебаний // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конкуренции "Состояние и перспективы развития злектротехнологи.й". Т.2. Иезного: J967. С.98. ,

7. ГЬлунин В.М., ГЬянксв Е.В., Егунов И.О. О магнитоупругом преобразовании в намагниченной магнитной жидкости И У Всесоюзная конференция по магнитным жидкостям. Пдес, 1^68.

С. 46-47.

8. ГЬлунин В.М., ЗраЯтенко В.А., ГЬянков S.D., Старков E.S. О магнитоупругом преобрззаря.нии в магнитной жидкости // Магнитная гидродинамика, 1*368. № 3. -С. 128-130.

9. Полунин В.М., ГЪянков S.B. , Чистяков С.И. Об акустомагнитнои эффекте а магнитной жидкости // ХУ1Я Всесоюзная- конференция по физик« магнитных яачений. Тез. докл. Калинин, 1968.

С. 876-877.

ТО. В.М.ГЬлунин, З.В. ¡Ъкнкав, И.Е.Дмитриев. Исследование влияния резонанса на распространение упругих колебзниЯ в система магнитная жидкость-податливая цилиндрическая оболочка методом магнитожидкостного интерферометра // Еибрационньн метины и технологии. Курск: КГН, Г993. С. 147-155.

II. ГЬлунин В.М., Рослякова Л.И., ГЬянков Е.В. Учебный прибор по физике для демонстрант', вол нотах процессов. A.c. T430S84 СССР // Б.И. 1988. 4 38. С.22В.

Подписано к П|-1Яти ■'■/. О/. Формат еС'Л /^¿Печатных

листов -/■ Тираж -.'С/ ^ экз. Закаэ-няряд ///

Курский политехнический институт. Курск 305039, 50-лет Октября, 94.