Магнитный скачок давления

На границе раздела двух сред с различной магнитной проницаемостью при включении магнитного поля возникает скачек давлений

, (2.57)

где , µ₀ – магнитная постоянная, - единичный вектор нормали к межфазной поверхности, и - вектора намагниченности сред (индекс 1 относится к «нижней» среде, индекс 2 относится к «верхней» среде).

Давления в среде с большей намагниченностью будет меньше. Если верхней средой является воздух, то внутри магнитной среды (в частности – магнитной жидкости) у плоской границе раздела давление будет меньше по сравнению с атмосферным на величину

, (2.58)

где - нормальная к поверхности составляющая намагниченности.

Физическую природу скачка давления можно понять, если учесть, что на границе раздела двух сред происходит скачек нормальной составляющей напряженности магнитного поля:

. (2.59)

Магнитные микро - или наночастицы, расположенные по обе стороны от границы раздела, находятся в различном по величине магнитном поле. В окрестности границы раздела существует неоднородное магнитное поле, градиент которого направлен из среды с большей намагниченностью в среду с меньшей намагниченностью, поскольку в среде с меньшей намагниченностью напряженность магнитного поля больше. На частицу действует сила , направленная в сторону менее магнитной среды, в частности, в атмосферу, что снижает давление в МЖ.

Одним из проявлений магнитного скачка давлений является неустойчивость поверхности МЖ в нормальном к ней магнитном поле. Эта неустойчивость заключается в том, что при достижении определенной критической величины напряженности магнитного поля (определенной намагниченности) поверхность жидкости приобретает специфическую игольчатую форму (сеть конусообразных пиков). Появление пиков связано с тем, что сравнительно небольшое возмущение гладкой поверхности МЖ приводит к искажению магнитного поля, которое вызывает их дальнейший рост.

Примером появления конусообразных пиков на поверхности МЖ может служить фотография поверхности магнитожидкостной перемычки, образованной в неоднородном поле кольцевого магнита [1]. Капля МЖ, внесенная в область максимального поля в трубке, перекрывает ее сечение. При этом магнитное поле перпендикулярно к свободной поверхности перемычки.

По обе стороны перемычки образуются конусовидные пики, обусловленные неустойчивостью поверхности МЖ в поперечном поле. По нашим наблюдениям может образоваться от одного до пяти приблизительно одинаковых пика, высота которых составляет 1–2 мм. На рис. 2.5 показаны фотографии поверхности МЖ – перемычки.