Témata prací (Výběr práce)Témata prací (Výběr práce)(verze: 294)
Detail práce
  
Viskoelastické vlastnosti ferrokapaliny – Studium normálových napětí
Název práce v češtině: Viskoelastické vlastnosti ferrokapaliny – Studium normálových napětí
Název v anglickém jazyce: Viscoelastic properties of ferrofluid – Study of normal stresses differences
Klíčová slova: viskoelasticita;ferrokapaliny
Klíčová slova anglicky: viscoelasticity;ferrofluids
Akademický rok vypsání: 2012/2013
Typ práce: diplomová práce
Jazyk práce: angličtina
Ústav: Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF)
Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Ivan Krakovský, CSc.
Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
Datum přihlášení: 01.10.2012
Datum zadání: 04.10.2012
Datum potvrzení stud. oddělením: 30.10.2012
Datum a čas obhajoby: 04.02.2013 00:00
Datum odevzdání elektronické podoby:10.12.2012
Datum odevzdání tištěné podoby:05.12.2012
Datum proběhlé obhajoby: 04.02.2013
Oponenti: Petr Filip, CSc.
 
 
 
Konzultanti: Prof. Dr. rer. nat. habil. Stefan Odenbach
Dr. Dmitry Borin
Zásady pro vypracování
1. Studium odborné literatury, týkající se problematiky ferrokapalin.
2. Studium experimentálních technik, které budou využívány během práce.
3. Experimentální studium viskoelastických vlastností vybraných ferrokapalin.
5. Vyhodnocení výsledků.
6. Příprava publikací.
Seznam odborné literatury
[1] Barnes, H.A., Hutton,J.F., Walters, K.: An Introduction To Rheology, Elsevier, Amsterdam, 2005, 3. ed., ISBN 0-444-87140-3
[2] Brdička, M., Samek, L., Sopko, B.: Mechanika kontinua, Academia, Praha, 2000, 2. ed., ISBN 80-200-0772-5
[3] Böhme, G.: Strömungsmechanik nicht Newtonscher Fluide, Teubner, Stuttgart, 1981
[4] Odenbach, S. (ed.): Colloidal magnetic fluids : basics, development and application of ferrofluids, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 2009, ISBN~97-835-4085-3862
[5] Odenbach, S. (ed.): Ferrofluids : magnetically controllable fluids and their applications, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 2002, ISBN~97-835-4043-9783
[6] Scherer, C., Figueiredo Neto, A.M.: Ferrofluids: Properties and Applications, Brazilian Journal of Physics, vol. 35 (2005) 718-727
[7] Schramm, G. Introduction to Practical Viscometry, Buchler Instru­ments, Frankfurt, 1987
[8] Tropea, C., Yarin, A.L., Foss,J.S. Handbook of Experimental Fluid Dynamics, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 2007
Předběžná náplň práce
Od roku 1960 je známa ferrokapalina, specificky reagující na magnetické pole. Ferrokapalina je koloidní kapalina tvořená ferro- či ferrimagnetickými nanočásticemi rozptýlenými v základové kapalině. Základová kapalina bývá nejčastěji na bázi vody, oleje nebo organických rozpouštědel. Každá nanočástice s rozměry kolem 10-20 nm bývá pokryta ochrannou vrstvou proti shlukování částic. Ferrokapalina obvykle nezůstává zmagnetována po vypnutí vnějšího magnetického pole, proto se řadí spíše mezi superparamagnetika. V této práci bude provedeno srovnání chování ferrokapaliny a magnetoreologické(MR) kapaliny v magnetickém poli. Hlavní rozdíl v jejich chováni je způsobený velikostí dispergovaných částic, méně než 100 nm (nanočástice) ve ferrokapaline a více než 100 nm (mikročástice) v MR kapalině. Navíc nanočástice mohou být jednodoménové, což mikročástice v MR kapalině již nemohou. Obrovský rozdíl v chování obou kapalin je dále umocněn Brownovým pohybem nanočástic.

Tato práce je navržena ke studiu viskoelastických vlastností vybrané ferrokapaliny – vlastností v ustáleném stavu a dynamickém režimu v porovnání se standartní kapalinou (základová kapalina a pod.) a MR kapalinou. Reologická měření budou provedena na komerčním reometru (Betreuer). Student by měl navrhnout a připravit magnetickou celu pro tento reometr, v níž budou experimenty prováděny, zkalibrovat celý měřicí systém a provést experimenty s ferrokapalinou, MR kapalinou a referenční kapalinou.

Tato práce se zaměřuje na problematiku rozdílů normálových napětí (N1, N2) v kapalinách. V souladu se současnými pracemi na toto téma lze očekávat, že jsou průběhy N1 a N2 silně závislé na magnetickém poli; tyto vlastnosti však zatím nebyly prokázány ani měřeny. Jedná se tedy o první práci tohoto druhu. Rozdíl normálových napětí může být zjištěn přímo nebo nepřímo pomocí aplikace Launova pravidla – obojí by měla práce obsahovat. Důležitým cílem práce je změření závislosti rozdílu normálových napětí ve ferrokapalinách v magnetickém poli. Práce má převážne experimentální charakter a bude realizovana ve spolupráci s Technickou univerzitou v Dráždanech.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Since 1960, a liquid becoming strongly magnetized in the presence of a magnetic field, called ferrofluid, is known. The ferrofluid is a colloidal liquid made of ferro- or ferrimagnetic nanoparticles suspended in a carrier fluid. This basis fluid is mainly water, oil or another organinc solvent. Each nanoparticle with dimensions about 10-20 nm is coated with a layer preventing collocation. Ferrofluids rather not retain magnetization in the absence of an external magnetic field – therefore, they belong rather in the group of superparamagnets. In this work, the behaviour of ferrofluid and magnetorheological (MR) fluid in magnetic field will be compared. The main difference between those two fluids consists in the size of the particles, for the ferrofluid in the range up to 100 nm (nanoparticles), for MR fluid more than 100 nm (microparticles). Moreover, the nanoparticles can be in the one-domain regime (the whole particle present only one magnetic domain) while the microparticles in the MR fluid are too big for such regime. The huge difference in the behavior of both liquids is next magnified by the Brownian motion of nanoparticles in ferrofluid.

This work is proposed to study the viscoelastic properties of a selected ferrofluid – the steady-state and dynamic properties of the fluid with comparison to a standard fluid (basis fluid, etc.) and a MR fluid. Rheological measurements will be carried out using a commercial rheometer (Betreuer). The student is expected to design and build a magnetic cell for this rheometer, in which the experiments can be realized, calibrate the whole measuring system and perform the experiments with the ferrofluid, MR-fluid and reference fluid.

This work focuses on the study of normal stresses (N1,N2) difference in liquids. According to recent theoretical works, the course of N1 and N2 should be strongly dependent on the field – this can be studied directly by measuring of the normal forces or indirectly applying the Laun's rule. This work is expected to provide them. Such results haven't been measured or published yet – this work is therefore first of this kind. An important goal of the work is therefore measurement of the dependence of normal stresses difference in ferrofluids on the magnetic field. The work is mainly of experimental character and will be realized in collaboration with Technical University of Dresden.
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK