Magnetische und optische Messungen zur Wachstumsdynamik von Oberflächeninstabilitäten bei Ferrofluiden

Viac o knihe

Diese experimentelle Arbeit untersucht die Wachstumsdynamik von Oberflächeninstabilitäten in magnetischen Flüssigkeiten mithilfe magnetischer und optischer Messverfahren. Der erste Teil behandelt die Normalfeld- oder Rosensweig-Instabilität. Nach dem plötzlichen Einschalten des magnetischen Feldes wird die zeitliche Entwicklung der Strukturamplitude mit einem Hall-Sensorarray erfasst. Die extrahierte Wachstumsrate liegt unter dem Wert, der durch eine lineare Stabilitätsanalyse unter Verwendung der nichtlinearen Magnetisierungskurve berechnet wurde. Unterschiede werden durch numerische Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode erklärt, die die gemessene Amplitudenentwicklung und Wachstumsrate bei Berücksichtigung einer endlichen Anfangsstörung reproduzieren. Die Untersuchungen erfolgen an zwei Ferrofluiden mit unterschiedlicher Viskosität. Bei der viskoseren Flüssigkeit wird auch das Wachstum bei der Schrägfeldinstabilität bei einer 20°-Neigung des Magnetfeldes betrachtet, wobei die experimentelle Wachstumsrate mit der theoretischen Berechnung übereinstimmt. Der zweite Teil befasst sich mit der Entstehung von Ferrosolitonen, die durch lokale Störungen der magnetischen Induktion im Hysteresebereich der Rosensweig-Instabilität erzeugt werden. Die zeitliche Amplitudenentwicklung dieser Einzelstacheln wird mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet, was eine quantitative Beschreibung des freien Wachstums der Ferrosoliton