Почему железные опилки выстраиваются вдоль силовых линий?

tester1

А почему железные опилки выстраиваются вдоль силовых линий? И почему они это делают неравномерно (если бы равномерно, то они бы заполняли плоскость и линий было бы не видно?

Vlad128

ну по поводу линий: они в поле не независимо ориентируются, а друг к другу тоже притягиваются, поэтому образуют эти линии.

Jeton89

Неравномерно, наверное, потому, что в процессе поворота, при выстраивании, раздвигают своих соседей. Поэтому, предположу, что расстояние между дорожками, в среднем, равно характерному размеру опилок.
А на первый вопрос тебе насколько подробный ответ нужен?

Jeton89

Картинка показывает, что я не прав:

Vlad128

ты про расстояния? просто твое объяснение еще и обходит тот момент, что длина этих линий заметно больше длины опилок.

Sensor4ik

Железо - магнитомягкий материал, легко намагничивается. Поэтому в поле от магнита опилки намагничиваются и, при малом встряхивании, поворачиваются по направлению касательной к линиям магнитного поля. Поскольку они сами становятся магнитами, то они притягиваются также и друг к другу, выстраиваясь в цепочки. Плотность расположения цепочек зависит от количества опилок.
P.S. Силовых линий, как таковых, не существует. Это абстракция, используемая для графического отображения магнитного поля. Густота линий - вещь также относительная. Число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, пропорционально индукции магнитного поля в данной точке. Коэффициент пропорциональности может быть любым. Цепочки, образуемые опилками, показывают общее направление силовых линий, но связаны с густотой силовых линий скорее обратной зависимостью: чем гуще силовые линии (выше напряженность поля тем реже будут лежать опилки. Это вполне объяснимо: опилки намагничиваются сильнее и сильнее притягиваются друг к другу, образуя более плотные, но редкие цепочки.

tester1

А на первый вопрос тебе насколько подробный ответ нужен?
Да я просто подбросил интересную тему для обсуждения, устроит любое качество ответа.

alexshamina

а почему, кстати, концентрированная азотная, которая пассивирует железо, в магнитном поле реагирует с ним похлеще, чем натрий с водой?

Sensor4ik

Тут говорят, что такое поведение наблюдается только для опилок, да и то не всегда. В качестве объяснения предлагается трение опилок друг о друга в результате ориентации в магнитном поле, что приводит к снятию пассивного слоя оксида и началу растворения. Этот процесс сильно экзотермичен, поэтому локально происходит сильный нагрев смеси, вызывающий дальнейшее распространение реакции на весь объем смеси, уже не взирая на слой оксида.

alexshamina

я гуглить умею, мерси. нагрев тут мало влияет. с гвоздем было точно также.
зы. если просто сделать суспензию железных микрочастиц в конц. азотной в закрытом объеме...

Sensor4ik

В таком случае моя единственная идея - магнитострикция. Железо и магнетит обладают разными магнитными свойствами, поэтому и разными коэффициентами относительного изменения размеров в магнитном поле. Чисто теоретически, может происходить отслоение магнетита от подложки железа, что может приводить к его растворению.
P.S. Это всего-лишь гипотеза уставшего мозга глубокой ночью :)

alexshamina

я ответ на вопрос разыскиваю вот уже 6 лет :) пока что ни один опрошенный не дал вразумительного ответа. некоторые даже и не знали про сам факт

Yakoffsax

ну пассивируется из-за плотной оксидной пленки. Очевидно, что плотная оксидная пленка не образуется в сильном магнитном поле. Вроде все логично.

tester1

магнитострикция
поле-то постоянное, она не должна давать никакого особого вклада

unlim7729

А почему железные опилки выстраиваются вдоль силовых линий?
1. Сначала подумаем почему опилкам легче намагничиваться вдоль длинной стороны. Есть такое понятие размагничивающий фактор. Откуда он берётся? Тела не хотят быть источником магнитного поля, не хотят "излучать" его во внешнее пространство. Поэтому магнетик разбивается на домены, которые пытаются замкнуть магнитный поток внутри магнетика. С другой стороны, в ферромагнетике есть обменное взаимодействие, которое заставляет соседние участки магнетика намагничиваться в одном направлении, т.е. препятствуют дальнейшему делению на более мелкие домены.
У тела с остаточной намагниченностью появляются магнитные полюсы.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983:
При намагничивании во внеш. поле образца или детали из ферромагн. материала разомкнутой формы (напр., цилиндра) на его краях образуются магн. полюсы, создающие внутри образца магн. поле обратного (по отношению к внеш. полю) направления. Это размагничивающее поле полюсов образца Н0 пропорц. его намагниченности /, т. е. H0=NJ. Коэфф. N, связывающий напряжённость собств. поля образца и его намагниченность, наз. Размагничивающим фактором или коэфф. размагничивания. Если образец находится во внеш. магн. поле напряжённостью НВ, то истинная напряжённость поля в образце равна Ни=НВ-NJ.
Размагничивающий фактор может быть точно рассчитан только для эллипсоидов вращения, к-рые имеют однородную намагниченность

Так вот, у эллипсоида размагничивающий фактор минимален вдоль длинной оси, поэтому ему проще намагничиваться именно в этом направлении (т.н. анизотропия формы).
2. Почему опилки поворачиваются вдоль силовых линий?
Вот лежат разбросанные опилки. При включении внешнего магнитного поля опилки начинают намагничиваться. Намагничиваться они будут стремиться вдоль длинной стороны. А потом для уменьшения энергии магнетика во внешнем поле опилки поворачиваются вдоль силовых линий. :)

unlim7729

Поскольку они сами становятся магнитами, то они притягиваются также и друг к другу, выстраиваясь в цепочки. Плотность расположения цепочек зависит от количества опилок.
Так плотность то не монотонно меняется - если идти поперёк силовых линий, то опилки лежат то кучкой, то опять пусто. Так что твоё объяснение не работает. :p
Надо придумать почему опилкам выгодней группками выстраиваться вдоль линий, а не поодиночке. Думается мне, что качественно это объяснить нельзя, нужно моделировать различные картины и считать минимум энергии для каждого случая.
UPD: я понял "почему они это делают неравномерно" :) Надо рассматривать конкретный эксперимент для объяснения наблюдаемых картин. В общем случае "неравномерное" распределение опилок не является наиболее выгодным состоянием. Но есть и ситуации, когда оно самое выгодное.

antcatt77

почему они это делают неравномерно (если бы равномерно, то они бы заполняли плоскость и линий было бы не видно
опилки намагничиваются в одном направлении. Два магнита одинаково намагниченных начинают друг от друга отталкиваться. Это образует полосатость: внутри полоски опилки притягиваются к друг другу, стоя друг за другом, а полоски между собой отталкиваются

unlim7729

Так в ширину полоски состоят же из нескольких опилок :)

antcatt77

Так в ширину полоски состоят же из нескольких опилок :)
вот тут я плаваю.
С одной стороны, если брать два длинных магнита намагниченных вдоль, то если их пытаться соединить обоими концами сразу, то один из них перевернется. У такого суммарного магнита где будет один полюс, а где другой? а если к ним присоединить еще один?
С другой стороны, внутри одного магнита утверждается, что все внутренние "магнитики" ориентированы в одном направлении, почему они не разворачиваются?
зы
у меня есть гипотеза, что опилки образуют бутерброд:
S--N
N--S
S--N
которые стыкуются с другими бутербродами последовательно, образуя слаборегулярную полосу:

S--N S--N
N--S N--S N--S
S--N S--N

у такой полосы суммарное поле ориентировано согласно полю внешнего магнита.
Полосы разворачивают и притягивают к себе свободные опилки и свободные бутерброды (этому помогает легкое постукивание). Полосы друг друга развернуть не могут и начинают друг друга отталкивать

unlim7729

С одной стороны, если брать два длинных магнита намагниченных вдоль, то если их пытаться соединить обоими концами сразу, то один из них перевернется. У такого суммарного магнита где будет один полюс, а где другой?

Будет какая-то сложная конфигурация полюсов. Возьми "магнитные заряды" и посчитай результирующее поле по аналогии с электрическими зарядами. :)
С другой стороны, внутри одного магнита утверждается, что все внутренние "магнитики" ориентированы в одном направлении, почему они не разворачиваются?

Потому что обменный интеграл положительный. У антиферромагнетиков он отрицательный и там "внутренние магнитики" разворачиваются.
у меня есть гипотеза, что опилки образуют бутерброд

Для того, чтобы опилка развернулась наоборот, поле в этом месте от соседних опилок должно быть больше, чем от внешнего источника (опилка намагничивается так, что поле внутри неё направлено в ту же сторону, что и внешнее поле. А вот снаружи рядом с собой она создаёт поле, которое компенсирует внешнее).

nikitin100

в качестве оффтопа еще картинка, хотя это не опилки (в железоне вроде как было)

demiurg

С другой стороны, внутри одного магнита утверждается, что все внутренние "магнитики" ориентированы в одном направлении, почему они не разворачиваются?
Большой кинетический барьер

demiurg

Так в ширину полоски состоят же из нескольких опилок
Про отталкивание ДаркГрей какую-то чушь написал.
Каждая из опилок создаёт своё небольшое поле вокруг (или, немного искажает силовые линии). Туфонкин про это написал "магнитятся друг к другу". Поэтому и наблюдаются полоски. А все не выстраиваются вдоль одной линии, потому что тогда слишком толсто бы получалось и соседние залезают уже на другие линии (aka, чувствуют неоднородность).

unlim7729

Как они магнитятся то? ДаркГрей правильно ж рассуждает, что если магнитики соединить одинаковыми полюсами, то они начинают отталкиваться.
Туфонкин про это написал "магнитятся друг к другу". Поэтому и наблюдаются полоски.

Этого перехода я совсем не понял :)
А все не выстраиваются вдоль одной линии, потому что тогда слишком толсто бы получалось и соседние залезают уже на другие линии (aka, чувствуют неоднородность).

этого я тоже не понял.
Большой кинетический барьер

впрочем как и этого. Я совсем тупой? :o

antcatt77

Каждая из опилок создаёт своё небольшое поле вокруг
и это означает, что два таких параллельных одинаково-ориентированных поля будут отталкиваться друг от друга.

antcatt77

в качестве оффтопа еще картинка, хотя это не опилки (в железоне вроде как было)
вот бы еще посмотреть замедленную съемку перестроения опилок, когда магнит включают..

demiurg

и это означает, что два таких параллельных одинаково-ориентированных поля будут отталкиваться друг от друга.
Ну где отталкиваться, а где и притягиваться, так что в целом говорить странно

demiurg

Я действительно мутно написал, сорри.

demiurg

ДаркГрей правильно ж рассуждает, что если магнитики соединить одинаковыми полюсами, то они начинают отталкиваться.
Правильно

demiurg

Про барьер что именно непонятно?
Если взять ферромагнетик без поля, то у него, грубо говоря, два ground states, все спины вверх или все спины вниз (забудем пока про домены). Энергия одинаковая. Как он предпочитает одно и почему не переходит в другое?

Lenn

а почему, кстати, концентрированная азотная, которая пассивирует железо, в магнитном поле реагирует с ним похлеще, чем натрий с водой?
напишу статью философскую на эту тему в этот журнал,
http://www.jove.com/
если там действительно эффект такой сильный, может кого привлечешь к дискуссии.
Они там сейчас как в июне-июле новый раздел открывают.
Если заинтересуешь редакцию то сами приедут на место и всё снимут, а тебе надо будет только эксперимент подготовить.
Пишут про себя.
We're a peer-reviewed journal. We're also indexed in PubMed/MEDLINE, Scopus, ChemAbstracts and SciFinder.

tester1

поставьте мне побольше плюсов за удачный вброс :)

unlim7729

Лучше сам проведи эксперимент и выложи видео. Ну а мы потом объясним любой результат :)

Arthur8

видимо одна опилка похожа на контур с током в магнитном поле. возникает поле - по опилкам начинает течь ток, направление течения которого поворачивают контур (опилку) определенным образом. гдето ток больше гдето меньше, потому оно слипается в опилочные жгутики. от этого разные расстояния... короче микропричины
ну еще и неоднородности в жидкости, порождаемые движением опилок также вносят свою лепту. гдето видимо так
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: