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磁流體
一種新型的功能材料
基本信息
| 中文名 | 磁流體 |
| 別名 | 磁性液體 鐵磁流體 磁液 |
| 類別 | 電磁 |
| 分類 | 材料 |
| 詞性 | 名詞 |
基本介紹
玻璃瓶里的磁流體
磁流體在磁場的作用下形成豐富的微觀結構，這些微觀結構對光產生不同的影響，能在很大的程度上改變光的透射率和折射率、產生大的法拉第旋轉、磁二向色散性、克爾效應等。磁流體的這種在磁場中的特性可以用在磁光開關、磁光隔離器、磁光調制器、粗波分復用器等。
磁流體粘度變化曲線
導電流體有等離子體和液態(tài)金屬等。等離子體是電中性電離氣體，含有足夠多的自由帶電粒子，所以它的動力學行為受電磁力支配。宇宙中的物質幾乎全都是等離子體，但對地球來說，除大氣上層的電離層和輻射帶是等離子體外，地球表面附近(除閃電和極光外)一般不存在自然等離子體，但可通過氣體放電、燃燒、電磁激波管、相對論電子束和激光等方法產生人工等離子體。
能應用磁流體力學處理的等離子體溫度范圍頗寬，從磁流體發(fā)電的幾千度到受控熱核反應的幾億度量級(還沒有包括固體等離子體)。因此，磁流體力學同物理學的許多分支以及核能、化學、冶金、航天等技術科學都有聯(lián)系。
發(fā)展簡史
1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據(jù)海水切割地球磁場產生電動勢的想法，測量泰晤士河兩岸間的電位差，希望測出流速，但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術差，未達到目的。1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法，對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動(即哈特曼流動)的理論計算方法。
制備方法
磁流體制備方法主要有研磨法，解膠法，熱分解法，放電法等。
（1）碾磨法。即把磁性材料和活性劑、載液一起碾磨成極細的顆粒，然后用離心法或磁分離法將大顆粒分離出來，從而得到所需的磁流體。這種方法是最直接的方法，但很難得到300nm以下直徑的磁流體顆粒。
（2）解膠法。是鐵鹽或亞鐵鹽在化學作用下產生
或
，然后加分散劑和載體，并加以攪拌，使其磁性顆粒吸附其中，最后加熱后將膠體和溶液分開，得到磁流體。這種方法可得到較小顆粒的磁流體，且成本不高，但只適用于非水系載體的磁流體的制作。
（3）熱分解法。是將磁性材料的原料溶入有機溶劑，然后加熱分解出游離金屬，再在溶液中加入分散劑后分離，溶入載體就得到磁流體。
（4）蒸著法。是在真空條件下把高純度的磁性材料加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的微粒遇到由分散劑和載體組成的地下液膜后凝固，當下地液膜和磁性微粒運動到下地液中，混合均勻就得到磁流體。這種方法得到的磁流體微粒很細，一般在2-10nm的粒子居多。
研究內容
磁流體
通過磁場力來考察磁場對靜止導電流體或理想導電流體的約束機制。這個問題是磁流體靜力學的研究范疇，對受控熱核反應十分重要。磁流體靜力學在天體物理中，例如在研究太陽黑子的平衡、日珥的支撐、星際間無作用力場等問題的解決中也很重要。
研究磁場力對導電流體定常運動的影響。方程的非線性使磁流體動力學流動的數(shù)學分析復雜化，通常要用近似方法或數(shù)值法求解。它們雖然是簡化情況的解，然而清晰地闡明了基本的流動規(guī)律，利用這些規(guī)律至少可以定性地討論更復雜的磁流體動力學流動。
研究方法
等離子體的密度范圍很寬。對于極其稀薄的等離子體，粒子間的碰撞和集體效應可以忽略，可采用單粒子軌道理論研究等離子體在磁場中的運動。對于稠密等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，研究這種等離子體在磁場中的運動有兩種方法。一是統(tǒng)計力學方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發(fā)，用統(tǒng)計方法研究等離子體在磁場中的宏觀運動；二是連續(xù)介質力學方法即磁流體力學，把等離子體當作連續(xù)介質來研究它在磁場中的運動。
磁流體密封 2
磁流體力學基本方程組具有非線性且包含方程個數(shù)又多，所以求解困難。但在實際問題中往往不需要求最一般形式的方程組的解，而只需求某一特殊問題的方程組的解。一般應用量綱分析和相似律求得表征一個物理問題的相似準數(shù)，并簡化方程，即可得到有實用價值的解。
研究困境
磁流體力學的理論很難像普通流體力學理論那樣得到充分的驗證。由于在常溫下可供選擇的介質很少，同時需要很強的磁場才能觀察到磁流體力學現(xiàn)象，故不易進行模擬。模擬天體大尺度的磁流體力學問題更不易在實驗室中實現(xiàn)。所以磁流體力學的理論有的可以得到定量驗證，有的只能得到定性或間接的驗證。當前有關磁流體力學的實驗是在各種等離子體發(fā)生器和受控熱核反應裝置中進行的。
實際應用
磁流體力學主要應用于三個方面：天體物理、受控熱核反應和工業(yè)。
宇宙中恒星和星際氣體都是等離子體，而且有磁場，故磁流體力學首先在天體物理、太陽物理和地球物理中得到發(fā)展和應用。當前，關于太陽的研究課題有：太陽磁場的性質和起源，磁場對日冕、黑子、耀斑的影響。此外還有：星際空間無作用力場存在的可能性，太陽風與地球磁場相互作用產生的弓形激波，新星、超新星的爆發(fā)，地球磁場的起源，等等。
磁流體力學在受控核反應方面的應用，有可能使人類從海水中的氘獲取巨大能源。對氘、氚混合氣來說，要求溫度達到5000萬到1億度，并對粒子密度和約束時間有較高的要求。而使用環(huán)形磁約束裝置在受控熱核反應的研究中顯出較好的適用性和優(yōu)越性。
磁流體力學除了與開發(fā)和利用核聚變能有關外，還與磁流體發(fā)電密切聯(lián)系。磁流體發(fā)電的原理是用等離子體取代發(fā)電機轉子，省去轉動部件，這樣可以把普通火力發(fā)電站或核電站的效率提高15～20%，甚至更高，既可節(jié)省能源，又能減輕污染。
飛行器再入大氣層時，激波、空氣對飛行器的摩擦，使飛行器的表面空氣受熱而電離成為等離子體，因此利用磁場可以控制對飛行器的傳熱和阻力。但由于磁場裝置過重，這種設想尚未能實現(xiàn)。
發(fā)電
為了使磁流體具有足夠的電導率，需在高溫和高速下，加上鉀、銫等堿金屬和加入微量堿金屬的惰性氣體(如氦、氬等)作為工質，以利用非平衡電離原理來提高電離度。前者直接利用燃燒氣體穿過磁場的方式叫開環(huán)磁流體發(fā)電，后者通過換熱器將工質加熱后再穿過磁場的叫閉環(huán)磁流體發(fā)電。
磁流體發(fā)電本身的效率僅20%左右，但由于其排煙溫度很高，從磁流體排出的氣體可送往一般鍋爐繼續(xù)燃燒成蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電，組成高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達
，是目前正在開發(fā)中的高效發(fā)電技術中最高的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制
的產生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術。
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這種液體渾身帶刺，可通過磁鐵改變形態(tài)，就像是變魔術
基本介紹
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2分鐘學會在家自制磁流體 不用再跑科技館去玩了
制備方法
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這神奇液體居然長滿了刺，磁鐵一碰就變魔術，能隨意變形什么原理
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作者
