ИСТИНА

Численно решена задача о структуре плоской равновесной границы раздела обычной (не намагничивающейся) полярной жидкости и гидрофобной магнитной жидкости (МЖ) на полимерной основе, для которой характерно низкое поверхностное натяжение, существенно зависящее от напряженности магнитного поля. Найдена зависимость тензора поверхностных натяжений от напряженности магнитного поля. Приближенно решена задача об определении равновесной формы капли гидрофобной МЖ во внешнем сильном постоянном однородном магнитном поле с учетом нелинейного закона намагничивания МЖ и существенно нелинейной зависимости поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля. Ранее существенная анизотропия и зависимость поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля были экспериментально обнаружены при умеренных (60...110 Э) магнитных полях для капель МЖ на основе керосина на границе с водой и объяснены в рамках линейной феноменологической теории (А. Н. Голубятников, Г. И. Субханкулов, 1986). В настоящем докладе исследована зависимость поверхностного натяжения от напряженности поля в более широком диапазоне параметров Ланжевена (0...10), что потребовало проведения численных расчетов на основе обобщения классической теории смачивания Кана на случай многокомпонентных намагничивающихся жидкостей. Структура границы раздела определялась путем численной минимизации полной свободной энергии системы в магнитном поле. Поверхность раздела между МЖ на полимерной основе и полярной жидкостью рассматривалась как «жидкая стенка» – субстрат, непроницаемый для МЖ. Вблизи границы МЖ рассматривалась как двухкомпонентная среда, объемная плотность свободной энергии которой зависит от напряженности магнитного поля, объемных плотностей полимера и магнитных частиц, намагниченности, а также их градиентов. В выражение для полной свободной энергии среды и магнитного поля добавлялась поверхностная часть с плотностью, зависящей от концентраций полимера и магнитных частиц на границе. Тензор поверхностных натяжений и другие поверхностные характеристики определялись как избыточные (по Гиббсу) значения для соответствующих объемных плотностей. Задача об определении равновесной формы капли МЖ, погруженной в несжимаемую жидкость, во внешнем постоянном однородном магнитном поле решалась в приближении эллипсоида вращения с учетом анизотропии тензора поверхностных натяжений и существенно нелинейной зависимости последнего от напряженности магнитного поля. Результаты расчетов качественно соответствуют экспериментальным данным, полученным при достаточно сильных (100...1000 Э) магнитных полях для капель применяемых в медицине биологически активных МЖ на кремнийорганической основе, погруженных в глицерин (S. Afkhami et al., 2010).