Ферромагнитная жидкость: удивительные инновации для многих нужд

Среди изобретений применяемых в современной электроакустике особый интерес представляет ферромагнитная жидкость. Сегодня на YouTube можно увидеть немало красивых фокусов с ее использованием, но дело даже не в этом. Появление это жидкости было напрямую связано с разработкой космической техники. Несмотря на своё происхождение сегодня это изобретение применяется во вполне земных устройствах, начиная от жестких дисков и заканчивая жидкостными компьютерами и крайне своеобразными часами, о которых уже писали на GT. Жидкость востребована в электронике, машиностроении, медицине, оборонке и массе других областей. Здесь мы расскажем как появилось это изобретение для космоса, как оно используется в экерктроакутике и какие споры ведутся любителями аудио вокруг его применения.


Стив Папелл и ферромагнитная жидкость

История создания и отказ от использования

Ферромагнитную жидкость создал американский ученый Стив Папелл более 50 лет назад. В то время Папелл работал инженером в NASA и участвовал в разработке двигателей для космических аппаратов.

Разработчик столкнулся с проблемой — нужно создать систему которая в заставляла бы топливо из бака перемещаться к отверстию через которое насос закачивает его в камеру сгорания. Если речь идёт о жидком топливе, то в условиях невесомости жидкость свободно левитирует в баке.

Для решения задачи ученый решил применить оригинальную идею — сделать топливо магнитным, смешав его с какой-нибудь массой обладающей магнитными свойствами. Таким образом, с применением внешних магнитов можно будет легко управлять топливом в баке.

Для реализации такого механизма управления лучше всего подходила жидкая субстанция. Через несколько недель экспериментов Папелл подарил миру ферромагнитную жидкость. Для создания своей жидкости ученый использовал двойной оксид железа магнетит (Fe3O4), который он измельчал смешивая олеиновой кислотой и затем добавляя органические растворители.

После завершения техпроцесса получалась коллоидная суспензия, которая содержала взвесь частиц магнетита размером 0,1 — 0,2 микрона, в соотношении: 5% частиц магнетита, 10 % модификатора, 75% растворителя (например масло). Молекулы олеиновой кислоты использовались как модификатор, который не позволял слипаться частицам оксида.

Изобретение инженера было запатентовано в 1965-м году US 3215572 A (Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of magnetic particles).

Изобретение Папелла было с восторгом принято его коллегами по научному сообществу и космическому агентству, позволило его имени остаться в истории физики. Однако, не смотря на интерес, NASA так и не использовало его идеи, главным образом потому, что было отдано предпочтение твердому ракетному топливу. Дальнейшие эксперименты с ферромагнитной жидкостью в NASA касались систем стабилизации корабля в пространстве.

Созданная Папеллом жидкость, оценивается как очень весомый вклад — этим изобретением он заложил основу одной из новых отраслей физического знания — феррогидродинамике. Дальнейшие разработки и внедрение ферромагнитной жидкости в производственную практику велись под руководством коллеги Папелла по NASA, Рона Розенцвейга. Работы проводились в корпорации AVCO, которая ставила целью коммерческое применение этого изобретения.


Рон Розенцвейг и ферромагнитная жидкость

Динамики с жидкостью

Сложно сказать, какая компания начала первой использовать ферромагнитную жидкость для производства динамиков. Компания SONY стала первым массовым производителем звуковых излучателей с ферромагнитной жидкостью, применив её для создания ВЧ-драйверов и широкополосников в 2012-м году. Сегодня, по данным www.czferro.com сегодня более 300 млн динамиков в год выпускаются с применением феррофлюида.

Жидкость применяется для отвода тепла от звуковой катушки, а также выступает в качестве дополнительного демпфера, который гасит паразитные резонансы. В существующих сегодня конструкциях ферромагнитная жидкость удерживается в зазоре между катушкой и магнитом благодаря воздействию магнитного поля, выполняя роль центрирующей шайбы.

В классической конструкции динамиков шайба обеспечивающая центрирование и амортизацию звуковой катушки напрямую связывает её (катушку) с диффузором. Исследования проведенные в SONY показали, что традиционная конструкция вносит больше искажений.

Дело в том, что шайба, фактически выступает как второй диффузор и соответственно создает колебания. Устранение шайбы сводит к нулю её влияние на звуковоспроизведение. При использовании жидкости возможно уменьшение расстояния между катушкой и диффузором, что позволяет свести к минимуму потери при передаче колебаний, сделать динамик более плоским и компактным (при сохранении прежнего уровня громкости)

Жидкость обеспечивает прирост громкости от 2 дБ и на 35% снижает энергопотребление. Соответственно конструкция повышает КПД динамика, при этом обеспечивая дополнительное демпфирование. Эффекты жидкости позволяющие увеличить демпфирование и снизить резонансы такого динамика были исследованы уже в 21-м веке aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.345854.

“Мокрые” против “сухих”

Появление нового типа динамиков ожидаемо вызвало реакцию в среде людей небезразличных к аудиоаппаратуре. Как водится разгорелись дискуссии, где мнения аудиофилов, меломанов и прочих сочувствующих разделились.

Традиционалисты “попробовав” новшество отметили ухудшение динамический (и в особенности “микродинамических”) характеристик. Критики особенно часто упирают на субъективные ощущения при прослушивании и авторитет своего экспертного опыта в аудио. Сторонники инновации отметили снижение искажений, более высокую верность воспроизведения и высокую громкость (учитывая размеры динамиков), при отсутствии объективных данных о том, чем плоха жидкость.

Дошло даже до того, что некоторые “смелые экспериментаторы” стали удалять жидкость из зазора и рассказывать о том, что “звук стал значительно лучше” (я устал комментировать такие вещи, поэтому как факт).

Кто-то также усиленно пытался культивировать стереотип, о том, что динамики с жидкостью устанавливают только в бюджетную аппаратуру, что также не соответствует действительности.

С шедеврами логики по этой теме от некоторых “умудренных жизненным опытом” любителей аудио образца 2012-го года можно ознакомиться здесь.

Со своей стороны хочу предостеречь желающих удалить жидкость из динамиков своей аудиосистемы, телевизора или ноутбука. Инженеры производителей не идиоты, и если бы они хотели применить конструкцию с шайбой они бы это сделали. Не являюсь большим экспертом в “микродинамике”, но вероятно, что любые динамические изменения при использовании жидкости будут находиться в пределах величин которыми можно пренебречь (если вообще будут).

Итог

Ферромагнитная жидкость одно из интереснейших изобретений прошлого столетия, внедрение которого только начинается. Её использование вместо центрирующей шайбы — одна из самых заметных и значимых инноваций в производстве динамических излучателей за последние 10 лет. Возможно статья кому-то покажется однобокой, но мне не удалось найти весомых аргументов в пользу того, что жидкость “вредит звуку” или как-то его портит. Если такие факты существуют — делитесь в комментах. Но пока, на мой взгляд — это исключительно благо.

В качестве завершения рекомендую к просмотру несколько потрясающе красивых роликов с ферромагнитной жидкости.

Занятые визуальные эффекты и скульптуры из ферромагнитной жидкости:

 

Часы:

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!