Нурбей Гулиа - Удивительная физика
Сейчас для магнитных жидкостей придумали множество полезных применений: для уплотнения валов и поршней, для «вечной» смазки, для сбора нефти, разлитой на воде, для обогащения полезных ископаемых, для лечения и диагностики многих болезней и даже для прямого превращения тепловой энергии в механическую.
Поговорим о наиболее интересных и перспективных для техники применениях магнитной жидкости. Тут приходится вводить поверхностно-активные вещества и применять другие хитрости, чтобы жидкость получилась устойчивой и не портилась, т. е. не коагулировала (сворачивалась, как молоко), не высыхала, не расслаивалась и т. п.
Рис. 350. Магнит под стаканом с магнитной жидкостьюНаконец магнитная жидкость готова. Где же ее можно использовать?
Наиболее широко ее применяют для уплотнения – герметизации зазоров между движущимися частями машин. Чаще всего нужно уплотнять вращающиеся валы. Когда вал ферромагнитный (например, стальной), то на вал с зазором надевают кольцевой магнит с двумя шайбочками, зазоры которых с валом – один или оба – заливают магнитной жидкостью. Она тут же устремляется в щель, где напряженность магнитного поля максимальна, и застывает там густой студневидной массой (рис. 351).
Рис. 351. Магнитное уплотнение стального вала:
1 – наконечники; 2 – вал; 3 – магнитная жидкость; 4 – магнит
Вал может быть и немагнитным, например латунным, титановым и даже стеклянным. Тогда шайбы сближают друг с другом, и зазор между ними заливают магнитной жидкостью. Свернувшись в плотный кольцевой жгут, жидкость прижимается даже к немагнитному валу и герметизирует его (рис. 352).
Рис. 352. Магнитное уплотнение немагнитного вала:
1 – вал; 2 – магнитная жидкость; 3 – магнит; 4 – наконечники
Магнитную жидкость, особенно масляную, можно успешно использовать в качестве «вечной» смазки, заполняя ею подшипники как скольжения, так и качения, даже редукторы и коробки передач, удерживая ее в необходимом месте магнитами (рис. 353). К тому же такие механизмы не только самоуплотняются магнитной жидкостью, но и смазываются.
Рис. 353. «Вечная» смазка подшипника скольжения:
1 – магнит; 2 – втулка; 3 – вал; 4 – магнитная жидкость
Возникает вопрос: а может ли магнитная жидкость, в которой находится взвесь магнитных частиц, быть смазкой? Не будет ли она играть роль наждачного порошка?
Оказалось, что нет, и это до казано многочисленными опытами. Размеры частичек так малы, что они никак не влияют на чистоту поверхности трущихся деталей, их как будто не существует.
Магнитная жидкость может играть роль не только смазки, но и самого подшипника. Если при вращении вала привести ее в быстрое вращение с помощью специальных насечек на поверхности вала, то в ней всплывут даже тяжело нагруженные валы (рис. 354). Такие подшипники называются магнитогидродинамическими.
Рис. 354. Магнитогидродинамические подшипники:
а – радиальный подшипник; б – упорный подшипник; F – силы
Магнитная жидкость обладает еще одним удивительным, поистине уникальным свойством. В ней, как и в любой жидкости, плавают тела менее плотные и тонут тела более плотные, чем она сама. Но если приложить к ней магнитное поле, то утонувшие тела начинают всплывать. Причем чем сильнее поле, тем более тяжелые тела поднимаются на поверхность. Прикладывая различное по напряженности магнитное поле, можно заставлять всплывать тела с какой-то заданной плотностью. Это свойство магнитной жидкости применяют сейчас для обогащения руды. Ее топят в магнитной жидкости, а затем нарастающим магнитным полем заставляют всплывать сначала пустую породу, а затем уже и тяжелые куски руды.
Есть даже печатающие и чертежные устройства, работающие на магнитной жидкости. В краску вносится немного магнитной жидкости, и такая краска выбрызгивается тонкой струйкой на протягиваемую перед ней бумагу. Если струю ничем не отклонять, то будет начерчена линия. Но на пути струйки поставлены электромагниты, подобно отклоняющим электромагнитам кинескопа телевизора. Роль потока электронов здесь играет тонкая струйка краски с магнитной жидкостью – ее-то и отклоняют электромагниты, и на бумаге остаются буквы, графики, рисунки.
Применяют магнитную жидкость и для сбора различных нефтепродуктов на поверхности морей, океанов, озер. Часто случается так, что человек не в состоянии предотвратить загрязнение нефтепродуктами поверхности воды, например, при аварии танкера с нефтью, когда громадное пятно покрывает многие квадратные километры моря, загрязняя все вокруг. Очистка воды от таких загрязнений – дело очень трудное, долгое и не всегда выполнимое. Но и здесь помогает магнитная жидкость.
На разлившееся пятно с вертолета разбрызгивают небольшое количество магнитной жидкости, которая быстро растворяется в нефтяном пятне, затем в воду погружают сильные магниты, и пятно начинает стягиваться в точку, здесь же его откачивают насосы. Вода вновь становится чистой.
А какой простор магнитным жидкостям в медицине! Представим себе, что каким-нибудь лекарством надо лечить определенную часть тела, не затрагивая всего остального организма. Например, нужно, чтобы оно сосредоточилось в каком-либо органе человека, а кровь разносит его по всему телу. Замешав лекарство на магнитной жидкости, его вводят в кровь, а затем возле больного места устанавливают магнит. Естественно, магнитная жидкость, а вместе с нею и лекарство вскоре соберутся возле магнита и будут действовать только на заболевшую часть тела.
А не купить ли магнитную челюсть?
Разговоры о лечебных свойствах магнитов, как и о методах лечения ими, идут с глубокой древности.
Правда, сведения эти бывали противоречивы. Вот что писал об этом «отец магнетизма» Гильберт. «Диоскорид учит, что магнит с водой, смешанной с медом… дается для излечения жирной влаги. Гален пишет, что магнит обладает силой, подобной силе гематита. Другие передают, что магнит причиняет умственное расстройство, делает людей меланхоликами и чаще всего убивает их. Жители Ост-Индии передают, что магнит, принимаемый в небольшом количестве, сохраняет молодость, поэтому, как говорят, старый царь Зэйлам приказал изготовить из магнита миски, в которых ему готовили пищу».
Сам Гильберт, например, считал, что «в чистом виде магнит может быть не только безвредным, но и иметь способность привести в порядок слишком влажные и гниющие внутренности и улучшить их состав». Сказано не слишком научно для лейб-медика королевы Елизаветы и одного из крупнейших ученых своего времени, но доля истины в этом есть.
Недаром о магните, как о лекарстве, писали знаменитые врачи древности, такие, как основатель медицины Гиппократ, древнеримский врач Гален, средневековый медик Парацельс. Магниты с целью исцеления в древности носили на груди, на поясе, привязывали к рукам и ногам. Древние египтяне толкли магнит в порошок и принимали его внутрь, веря, что он сохраняет молодость. Современник и друг композиторов Моцарта, Гайдна и Глюка, знаменитый доктор из Вены Франц Месмер лечил магнитом самые разнообразные болезни.
Началось все с того, что в 1774 г. Месмер стал прикладывать магниты к больному месту своих пациентов, и неожиданно для него множество болезней, которые до этого не поддавались лечению, стали проходить. В 1775 г. Баварская академия избрала за это Месмера своим членом.
Месмер считал, что вся вселенная и живые существа пропитаны магнитной жидкостью или газом – флюидом. Вокруг человека распространяется магнитная атмосфера, а на его теле обнаруживаются магнитные полюса. Если флюид течет в теле человека в правильном направлении, то все хорошо, а если нет – то человек заболевает. В этом случае на тело в определенном месте нужно положить магнит, который своим флюидом исправляет положение, и больной выздоравливает.
Дело доходило до курьезов. Например, в 1780 г. в Лондоне был открыт медицинский кабинет под названием «Замок здоровья». Гвоздем программы исцеления в этом замке была «звездная постель», расположенная на сорока крупных магнитах. За огромные деньги – 100 фунтов – больной мог провести ночь на «звездной постели» и подвергнуться лечебному действию магнитов.
В 1777 г. Французское Королевское медицинское общество организовало комиссию, проверившую успешность лечения магнитами, и пришла к выводу, что «нельзя не признать лечебного действия магнита». Особенно был рекомендован магнит для лечения нервных болезней, судорог, конвульсий и головных болей.
Рис. 355. «Магнетическая атмосфера» доктора Дюрвиля (а) и человеческий магнетизм в его представлении (б) («+» – южный полюс; «-» – северный)
Французский врач Дюрвиль намагничивал воду при помощи сильного подковообразного магнита, а затем лечил этой водой своих пациентов. «Магнитная» вода помогала зарубцовывать раны, исцеляла язвы.
