Μετάβαση στο κύριο περιεχόμενο

Ferrofluid: από τον Κώστα Μήλιο


Ο Κώστας έκανε μια εργασία για το Ferrofluid, το οποίο και αγνοούσα την ύπαρξη του. Ευχαριστώ Κωστή. 



Η εργασία:
Ferrofluid
Ένα Ferrofluid (ή αλλιώς βαλίτσα σιδηρομαγνητών + ρευστό) είναι ένα υγρό το οποίο γίνεται έντονα μαγνητισμένο με την παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου.
Τα Ferrofluids είναι μια ανακάλυψη της NASA και είναι κολλοειδή υγρά κατασκευασμένα από σιδηρομαγνητικό νανοκλίμακας, ή σιδηρομαγνήτες ή από σωματίδια που αιωρούνται σε έναν υγρό φορέα (συνήθως έναν). Κάθε μικροσκοπικό σωματίδιο είναι πλήρως καλυμμένο με μια Επιφανειοδραστική ένωση για να αναστέλλουν τις συσσωματώσεις.
Οι διαφορές μεταξύ των Ferrofluids είναι το μέγεθος των σωματιδίων. Τα σωματίδια σε ένα ferrofluid κυρίως αποτελούνται από νανοσωματίδια που έχουν ανασταλεί από την κίνηση Brownian και γενικά δεν θα εγκατασταθούν υπό κανονικές συνθήκες. Τα MR ρευστά σωματίδια αποτελούνται κυρίως από μικρομέτρων κλίμακας σωματίδια τα οποία είναι πάρα πολύ βαριά για κίνηση Brown με αποτέλεσμα να διατηρούν την αναστολή, και έτσι μπορούν να εγκατασταθούν με την πάροδο του χρόνου λόγω της εγγενούς διαφοράς πυκνότητας μεταξύ των σωματιδίων και ρευστού φορέα της. Τα δυο αυτά ρευστά έχουν διαφορετικές εφαρμογές.

Μαγνήτης Ferrofluid κάτω από γυαλί:

Μαγνητικό πεδίο
Ένα μαγνητικό πεδίο είναι μια μαθηματική περιγραφή της μαγνητικής επιρροής των ηλεκτρικών ρευμάτων και των μαγνητικών υλικών. Το μαγνητικό πεδίο σε κάθε δεδομένο σημείο καθορίζεται τόσο από μια κατεύθυνση όσο και από ένα μέγεθος (ή δύναμη). Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να αναφέρεται σε δύο χωριστούς αλλά στενά συναφείς τομείς (πόλους) οι οποίοι συμβολίζονται με τα σύμβολα S και N.


Kολλοειδή υγρά
Ένα κολλοειδές είναι μια ουσία μικροσκοπικά ομοιόμορφα  διασκορπισμένη μέσα σε μια άλλη ουσία. Ένα κολλοειδές σύστημα αποτελείται από δύο ξεχωριστές φάσεις: μία διεσπαρμένη φάση (ή εσωτερική φάση) και μια συνεχή φάση μέσο διασποράς), στην οποία το κολλοειδές είναι διεσπαρμένο. Ένα κολλοειδές σύστημα μπορεί να είναι στερεό, υγρό, ή αέριο. Τα διεσπαρμένης φάσεως σωματίδια έχουν διάμετρο μεταξύ περίπου 1 και 1000 νανόμετρα. Τέτοια σωματίδια είναι κανονικά αόρατες σε ένα οπτικό μικροσκόπιο, αν και η παρουσία τους μπορεί να επιβεβαιωθεί με τη χρήση ενός υπερμικροσκοπίου ή ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Ομογενή μίγματα με μία διεσπαρμένη φάση σε αυτό το εύρος μεγέθους μπορούν να ονομάζονται κολλοειδές αερολύματα, κολλοειδή γαλακτώματα, κολλοειδή αφρούς, κολλοειδείς διασπορές, ή υδροδιαλύματα. Τα διεσπαρμένα φάσεως σωματίδια ή σταγονίδια επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την παρούσα χημεία επιφάνειας στο κολλοειδές.


Σιδηρομαγνητισμός

Σιδηρομαγνητισμός είναι ο βασικός μηχανισμός μέσω του οποίου ορισμένα υλικά (όπως είναι ο σίδηρος) σχηματίζουν μόνιμους μαγνήτες, ή έλκονται από μαγνήτες. Στη φυσική, διακρίνονται διάφοροι τύποι του μαγνητισμού. Σιδηρομαγνητισμός είναι το ισχυρότερο είδος. Αυτό είναι το μόνο είδος που δημιουργεί δυνάμεις αρκετά ισχυρές που μπορούν να γίνουν αισθητές και αυτή η μορφή μαγνητισμού είναι υπεύθυνη για τα κοινά φαινόμενα του μαγνητισμού που αντιμετωπίζουμε στην καθημερινή μας ζωή. Μόνιμοι μαγνήτες (υλικά που μπορούν να μαγνητίζονται από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και παραμένουν μαγνητισμένα αφού απομακρυνθούν από το εξωτερικό πεδίο) είναι είτε σιδηρομαγνητικά ή σιδηριμαγνητικές, όπως είναι άλλα υλικά που έλκονται καταφανώς σε αυτά. Μόνο λίγες ουσίες είναι σιδηρομαγνητικά. Τα κοινά αυτά είναι σίδηρος, νικέλιο, κοβάλτιο και τα περισσότερα από τα κράματά τους, μερικές ενώσεις των μετάλλων σπανίων γαιών, καθώς και μερικά  φυσικώς απαντώμενα ορυκτά όπως μαγνητίτη.

Ο Σιδηρομαγνητισμός είναι πολύ σημαντικό στοιχειό στον τομέα της βιομηχανίας και της σύγχρονης τεχνολογίας, και είναι η βάση για πολλές ηλεκτρικές και ηλεκτρομηχανολογικές συσκευές όπως ηλεκτρομαγνήτες, ηλεκτρικούς κινητήρες, γεννήτριες, μετασχηματιστές, και μαγνητικής αποθήκευσης, όπως μαγνητόφωνα, και σκληρούς δίσκους.

ΜΗΛΙΟΣ Π. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ


Τώρα δες αυτόν τον περίεργο τύπο να κάνει πειράματα με αυτά που διάβασες παραπάνω



και δες επίσης κι άλλες πληροφορίες εδώ κι εδώ







Σχόλια

Δημοφιλείς αναρτήσεις από αυτό το ιστολόγιο

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) Εξισώσεις κίνησης

Περιοδικά ονομάζονται τα φαινόμενα που επαναλαμβάνονται με τον ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά διαστήματα. Π.χ. ομαλή κυκλική κίνηση, κίνηση εκκρεμούς, περιστροφή γης γύρω από τον ήλιο κ.ά.
(Σκέψου μερικά ακόμη…)
Στοιχεία περιοδικής κίνησης Κάθε περιοδική κίνηση χαρακτηρίζεται από τα παρακάτω τρία στοιχειά:
Περίοδος (Τ) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται ο χρόνος που απαιτείται για μια πλήρη επανάληψη του φαινομένου ή ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών επαναλήψεων του φαινομένου.
Η περίοδος είναι μονόμετρο μέγεθος και η μονάδα μέτρησής της είναι το 1 sec.

Συχνότητα (f) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται το φυσικό μέγεθος του οποίου το μέτρο θα δίνεται από το σταθερό πηλίκο του αριθμού Ν των επαναλήψεων του φαινομένου σε κάποιο χρόνο t, προς το χρόνο αυτό.Δηλαδή: Η συχνότητα είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μονάδα μέτρησης το 1 sec-1 ή 1 κύκλος/sec ή 1 Hz (Hertz).



Σχέση μεταξύ περιόδου – συχνότητας Επειδή σε χρόνο t ίσο με μια περίοδο Τ έχουμε μια επανάληψη (Ν=1) του φαινομένου έχουμ…

Ενέργεια Ταλάντωσης

Η ενέργεια της ταλάντωσης Ε (ή ολική ενέργεια) ενός συστήματος που εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση ισούται με την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα για να το θέσουμε σε κίνηση (ταλάντωση). 




Η ενέργεια αυτή θα δίνεται από τη σχέση:  Από την σχέση αυτή προκύπτει ότι το πλάτος Α καθορίζεται από την ενέργεια της ταλάντωσης, δηλαδή από την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα ώστε να αρχίσει να ταλαντώνεται. Σε όλη την διάρκεια της ταλάντωσης η ενέργεια παραμένει σταθερή. Η ενέργεια μιας απλής αρμονικής ταλάντωσης είναι σταθερή και ανάλογη µε το τετράγωνο του πλάτους της.

Απόδειξη της παραπάνω σχέσης. Αν το σώμα βρίσκεται ακίνητο στην θέση ισορροπίας, για να μετακινηθεί σε µια άλλη θέση πρέπει να του ασκηθεί κατάλληλη εξωτερική δύναμη Fεξ . Κατά την μετακίνηση αυτή θα ασκείται στο σώμα και η δύναμη επαναφοράς. 

Για να μετακινηθεί το σώμα στην θέση (x) θα πρέπει το μέτρο της εξωτερικής δύναμης να είναι ίσο µε το μέτρο της δύναμης επαναφοράς και να έχει αντίθετη φορά, σε κάθε χρονι…

Ταλάντωση και Ελατήριο

Ελατήριο ονομάζεται ένα μηχανικό εξάρτημα το οποίο έχει την ικανότητα να αποθηκεύει μηχανική ενέργεια παραμορφώμενο προσωρινά. Συνήθως το σχήμα είναι ελικοειδές, αλλά υπάρχουν και ελατήρια σε σχήμα ράβδου, οι σούστες.
Το κάθε ελατήριο μπορεί να παραμορφωθεί ως προς μία διάστασή του υπό την επίδραση δύναμης. Όταν ασκείται δύναμη σε αυτήν τη διάσταση, το ελατήριο παραμορφώνεται αποθηκεύοντας το έργο της δύναμης.
Ιδανικό ελατήριο Σε ιδανικά θεωρητικά ελατήρια ισχύει απόλυτα ο νόμος του Hook, δε χάνεται ενέργεια στο περιβάλλον και τα ελατήρια μπορούν πάντα να επιστρέψουν στο αρχικό τους μήκος. Επίσης η μάζα του ιδανικού ελατηρίου θεωρείται αμελητέα. [Στην πραγματικότητα χάνεται μικρό ποσό ενέργειας στο περιβάλλον ως θερμική ενέργεια, ενώ η παραμόρφωση μπορεί να γίνει μόνιμη. Κάθε ελατήριο έχει κάποια όρια αντοχής αν τα υπερβούν θα παραμορφωθεί ή θα σπάσει. Επιπλέον, με την επαναλαμβανόμενη χρήση το υλικό χάνει τις ιδιότητές του λόγω μηχανικής κόπωσης και αν δεν αντικατασταθεί θα σπάσει.]

Νόμο…

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) - Συνισταμένη Δύναμη

Από την Α΄ Λυκείου γνωρίζεις τον θεμελιώδη νόμο της Μηχανικής (2ος νόμος του Newton), ΣF=mα. Επίσης, όπως γνωρίζεις για να υπάρχει επιτάχυνση πρέπει να υπάρχει και δύναμη που ασκείται σε κάποιο σώμα. Στην Α.Α.Τ. ισχύει α=-ω2x, ο συνδυασμός αυτών των δυο σχέσεων δίνει τη σχέση: 
ΣF=-m ω2x Από τη σχέση αυτή φαίνεται ότι όταν ένα σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση η συνολική δύναμη που δέχεται είναι ανάλογη με την απομάκρυνση του σώματος από την Θ.Ι. της τροχιάς του και έχει αντίθετη φορά από αυτήν. Όταν το σώμα περνά από την Θ.Ι. η συνολική δύναμη που δέχεται ισούται με μηδέν. (Για το λόγο αυτό, ονομάζεται θέση ισορροπίας της ταλάντωσης). Επίσης, στις ακραίες θέσεις της ταλάντωσης η ΣF είναι μεγίστη.


Στο βίντεο δες το διάνυσμα της δύναμης επαναφοράς (είναι πάντα προς την θέση ισορροπίας). 



Αν συμβολίσουμε το γινόμενο mω2 με D (που είναι σταθερό για κάθε ταλαντωτή), δηλαδή D = mω2
Τότε θα έχουμε τη σχέση που δίνει τη δύναμη:F = −Dx (Μάθε την απόδειξη)

Η παραπάνω σχέση είναι γνωστή και σαν συν…

Θέματα πανελληνίων εξετάσεων: Ταλαντώσεις

Τα θέματα των πανελληνίων μπορείς να τα δεις κι εδώ, αλλά σ’ αυτό το αρχείο θα βρεις όλα τα θέματα από το 2001 ως το 2012 τα οποία αναφέρονται στις ταλαντώσεις, αποκλειστικά,  μηχανικές, ηλεκτρικές. Καλή δουλειά σου εύχομαι.