електричними властивостями середовища. Коли середовище є ідеальним діелектриком, деформацію краплі в витягнутий еліпсоїд обертання і подальший її розрив легко пояснити теоретично, припускаючи, що нормальна складова тензора електричних напруг на поверхні краплі урівноважена капілярним тиском, що виникають внаслідок нерівномірності кривизни краплі [168]. Цей же факт було встановлено з енергетичних міркувань [169,170]. p> Якщо навколишня краплю середу електропровідність, то до сил поляризаційного походження додаються і кулонівських сили, що діють на накопичуються на міжфазних межах гетерогенного середовища вільні заряди [168]. При цьому [171], на поверхні краплі існує трансверсального електрична напруга, яке генерує протягом всередині і поза краплі. У цьому випадку теорія [+171] пророкує освіту як сплюснених, так і витягнутих еліпсоїдів в Залежно від ставлення діелектричних постійних, питомих електричних опорів і коефіцієнтів в'язкості двох рідин, а також існування критичних значень цих відносин, за яких крапля залишається сферичної. Як показано в [172,173], в подібних ситуаціях можливо явище негативної ефективної в'язкості, коливальної електрогідродинамічної нестійкості.
Експериментальне вивчення деформації мікрокрапель, що містяться в магнітних рідинах проводилося за допомогою спостережень в оптичний мікроскоп. При цьому, використовувалася осередок, представляє собою предметне скло, на поверхню якого наклеєні дві прямокутні металеві пластини, в зазорі між торцями яких створювалося електричне поле (докладний опис наведений у гл.2). Для створення однорідного електричного поля на електроди подавалося напругу від джерела постійної напруги, однак, внаслідок того, що спостереження в постійних полях пов'язані з великими труднощами через поляризації електродів і електрофоретичної міграції структурних утворень, дослідження проведені в змінних полях в частотному діапазоні 20 Гц -20 кГц. Було встановлено, що характер деформації мікрокраплинного агрегатів в електричному полі істотно відрізняється від деформації краплі магнітної рідини, що знаходиться в гліцерині, дослідженою в [174]. Так, при низьких частотах утворилася не витягування агрегату в еліпсоїд, що характерно для краплі мж в гліцерині або воді, а його сплющування, тобто її трансформація у форму диска, площина якого перпендикулярна силовим лініям напруженості електричного поля. Виявилося, що в слабкому електричному полі ( Е < 50 кВ/м) характер деформації мікрокраплинного агрегату істотно залежить від частоти поля: при низьких частотах ( f < 1 кГц) крапля сплющується, а при більш високих - витягується уздовж силових ліній електричного поля. Залежність характеру деформації мікрокраплинного агрегатів від частоти електричного поля проілюстровано малюнком 32, з якого видно, що при деякій частоті поля (близько 800 Гц) ставлення піввісь а / b агрегату переходить від значень великих одиниці до значень менше її. У більш сильних полях, починаючи з деякого критичного значення напруженості поля ( Е > 100 кВ/м) у магнітних рідинах з мікрокраплинної структурою виникають вихрові течії, призводять до руйнування мікрокрапель.
В
Рис.32. Залежності деформації мікрокраплинного агрегату а/b від напруженості змінного електричного поля Е при різних значеннях частоти (lf = 0,6, 2-f = 0,8, 3-f = l, 4-f = 3, 5-f = 5 кГц) (а) і Від частоти цього поля f (б) при Е = 30кВ/м.
Обговорення виявлених явищ проведемо на основі теоретичного підходу, розробленого Цеберсом А.О. (Викладеного у спільній роботі [175]) при використанні основні ідей роботи [168].
Суттєвою особливістю стаціонарного поведінки краплі в електричному полі порівняно зі випадком магнітного поля є наявність руху рідини, що визначає її форму. Воно виникає внаслідок дії дотичних електричних напруг на міжфазних межах, де накопичуються вільні заряди. З цієї причини система рівнянь, що описує поведінку краплі в електричному полі, включає рівняння і граничні умови електростатики, гідродинаміки, а також закон збереження заряду. У наближенні повзучих течій вона має вигляд (індексом "1" позначені величини, пов'язані з області краплі, "2" - до навколишнього її середовищі:
;;
(4.46)
В
Граничні умови електростатики і гідродинаміки на поверхні краплі мають наступний вид:
;
(4.47)
В
Тут 1/R k - Середня кривизна поверхні, s 0 - поверхневе натяг. - Тензор електричних напруг, а індекси " t " і " n " позначають компоненти тангенціальні і нормальні до поверхні. Для замикання системи (4.46) і (4.47) її необхідно доповнити рівнянням балансу поверхневого заряду, яке в загальному випадку має вигляд:
(4.48)
Перший член в правій частині (4.48) являє поверхневу дивергенцію конвективного струму, обумовленого переносом заряду рухомої рідиною.
Щі...
