Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1999
Programm und Abstracts der Sitzung SYFF 1

Negative Viscosity in Magnetic Fluids: Mechanisms, Manifestations, and Connected Effects

•Mark I. Shliomis
Department of Mechanical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev, P.O. Box 653, Beer-Sheva 84105, Israel

Ordinarily the viscosity of magnetic fluids (MFs) increases in applied magnetic field. This behavior was believed to be general, but recent theoretical analysis predicts and experimental investigations demonstrate that under appropriate conditions with a time-varying field, the viscosity of MFs exhibits a substantial reduction, that is, a negative viscosity component. The theory predicts a tight connection between this Negative-Viscosity effect and the Vortico-Magnetic resonance of the off-axis (i.e., transversal to the oscillating field) component of MF magnetization. Both these phenomena represent themselves two sides of a curious mechanism of the energy conversion in MFs. Depending on the ratio r of the field frequency to the fluid vorticity, magnetic nanoparticles suspended in a liquid carrier behave as either nanomotors or nanogenerators. A crossover takes place at r = 1.

A direct and vivid experimental evidence of the Negative-Viscosity effect through its relation with the Vortico-Magnetic resonance will be presented.

Experimentelle Untersuchung der Tropfenbildung mit magnetischen Flüssigkeiten

•Alexander Rothert, Reinhard Richter und Ingo Rehberg
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, PF 4120, D-39016 Magdeburg

Wir untersuchen experimentell drei Aspekte der Tropfenbildung unter Verwendung von magnetischen Flüssigkeiten mit einer Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera.

i) Die Dynamik einer sich einschnürenden Flüssigkeitsbrücke vergleichen wir mit zwei universellen Theorien für nicht-magnetische Flüssigkeiten. Diese Theorien unterscheiden sich in Annahmen zur Größe der Viskosität der Fluide. Besonderes Augenmerk richten wir auf die Dynamik des minimalen Halsdurchmessers. Dieser soll gemäß beider Theorien unmittelbar vor der vollständigen Einschnürung linear in der Zeit abnehmen.

ii) Mit der Vorstellung der Resultate für fallende Tropfen erläutern wir ein Verfahren, die magnetfeldabhängige Viskosität der Fluide über die optische Messung des minimalen Halsdurchmessers zu bestimmen. Die Ergebnisse werden mit einer Theorie für die Viskositätsänderung in einer Scherströmung aus magnetischem Fluid verglichen.

iii) Weiterhin berichten wir über die Dynamik von Satellitentropfen. Wir ermitteln deren effektive Beschleunigung, welche durch die Erdbeschleunigung, die Luftströmung und die Verzerrung des magnetischen Feldes in Anwesenheit einer magnetischen Flüssigkeit bestimmt ist.

Ferrofluide Strömung und die Hydrodynamische Maxwell Theorie

•Sebastian Lissek und Mario Liu
Institut Theoretische Physik, Uni Hannover

Man kann mit der hydrodynamischen Maxwell Theorie das anisotrope, feldabhängige Strömungsverhalten der Ferrofluide verstehen, ohne einen inneren Drehimpuls oder den antisymmetrischen Spannungstensor zu betrachten, und ohne die Bewegungsgleichung der Magnetisierung explizit zu berücksichtigen.

Experimentelle Untersuchungen der Rotationsviskosität von Ferrofluiden

•Jan Peter Embs¹ und Hanns Walter Müller^2
1Technische Physik, Universität des Saarlandes, Saarbrücken
²Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz

Zur Bestimmung der Magnetfeldabhängigkeit der Viskosität von Ferrofluiden wurde ein Torsionspendel-Experiment konzipiert. Der Torsionsschwinger befindet sich zwischen den Polschuhen eines Elektromagneten (bis 1 T Feldstärke). Das zu untersuchende Ferrofluid wird in einem zylindrischen Container gefüllt, der zur Realisierung einer starren Körperrotation mit Röhren (Durchmesser etwa 2 mm) versehen ist. Gemessen wird eine Resonanzkurve, aus deren Amplituden- und Phasenverlauf die magnetfeldabhängige Dämpfung der Anordnung bestimmt werden kann. Aus der gemessenen Dämpfung kann dann auf die magnetfeldabhängige Viskosität des Ferrofluids geschlossen werden. Die experimentellen Ergebnisse werden mit theoretischen Modellen (Shliomis/Berkowsky) verglichen.

Parametrisch erregte Oberflächenwellen mit Tiefgang

•Bert Reimann, Reinhard Richter und Ingo Rehberg
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, PSF 4120, D-39016 Magdeburg

Oberflächenwellen auf magnetischen Flüssigkeiten, parametrisch durch vertikale Vibration angeregt, eröffnen weitreichende experimentelle Möglichkeiten. Mit Hilfe eines normal zur Oberfläche orientierten Magnetfeldes kann die Dispersionsrelation der Oberflächenwellen variiert werden. Oberhalb einer charakteristischen Magnetfeldstärke geht die Dispersionsrelation in einen nicht-monotonen Verlauf über. Wir untersuchen die experimentelle Zugänglichkeit der verschiedenen Bereiche der Dispersionsrelation. Die beobachtbaren Bereiche sind nach Berechnungen [1] abhängig von der Füllhöhe.

[1] Hanns Walter Müller, Parametrically driven surface waves on viscous ferrofluids, Phys. Rev. E 58, 6199-6205 (1998).

Viskose und viskoelastische Effekte in Ferrofluiden

•Stefan Odenbach
ZARM, Universität Bremen, Am Fallturm, 28359 Bremen

Im klassischen Bild stellt ein Ferrofluid eine Suspension magnetischer Einzelteilchen dar, deren interpartikuläre magnetische Wechselwirkung als Wechselwirkung zweier magnetischer Dipole beschrieben werden kann. Darauf aufbauend wurden Theorien für die viskosen Eigenschaften von Ferrofluiden in Gegenwart magnetischer Felder entwickelt, bei denen vorausgesetzt wird, daß die Teilchen magnetisch hart, die magnetischen Momente also fest mit den Partikeln verbunden sind. Experimente an kommerziellen Magnetit-Ferrofluiden, die nach der klassischen Vorstellung im wesentlichen magnetisch weiche Partikel beinhalten, zeigen jedoch Viskositätsänderungen, die über die klassischen Theorien nicht mehr erklärbar sind. Vielmehr legen sie die Annahme der Bildung von Ketten magnetischer Primäragglomerate nahe. Dies wird gestützt von Experimenten zu Scherverdünnung und viskoelastischen Effekten, die ebenfalls auf der Basis der Annahme von Ketten magnetischer Partikel erklärt werden können. Im Rahmen des Vortrags sollen die Experimente und die derzeitigen theoretischen Erklärungsversuche vorgestellt werden.

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Zuletzt geändert am 21.10.1999

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