Колебательная и параметрическая термомагнитная конвекция в стратифицированных феррожидкостях

Б.Л. Смородин  (Пермь),  M.И. Шлиомис (Беэр-Шева, Израиль)

Магнитные жидкости (феррожидкости) представляют собой коллоидные растворы магнитных частиц в обычных (немагнитных) носителях. Термомагнитная конвекция в таких жидкостях возникает благодаря температурной зависимости их намагниченности. Под влиянием приложенных градиентов магнитного поля и температуры на более холодные и, следовательно, сильнее намагниченные элементы магнитной жидкости действует и большая сила в направлении градиента магнитного поля. Эта сила стремится перемешать жидкость, что и приводит к конвекции. Механическое равновесие жидкости возможно только в случае, когда градиенты магнитного поля и температуры параллельны друг другу. В последнем случае возникает вопрос об устойчивости возможного равновесия.

Феррожидкость следует рассматривать как бинарную смесь, в которой возможен диффузионный перенос магнитных частиц - магнитофорез. Благодаря ему, в неоднородном магнитное поле устанавливается градиент концентрации магнитных частиц. В конвективной ячейке размером в несколько миллиметров равновесное распределение частиц устанавливается в течение десятков часов, тогда как стационарное распределение температуры - за время порядка десятков секунд. Наличие столь сильно различающихся временных масштабов делает возможным два различных сценария термомагнитной конвекции. Если неоднородное магнитное поле и градиент температуры приложены одновременно и внезапно, то стационарная конвекция возникает раньше, чем успевает сформироваться неоднородный профиль концентрации, т.е. феррожидкость ведет себя как однородная (однокомпонентная) жидкость. Если же разность температур прикладывается лишь после того, как установится градиент концентрации магнитных частиц в неоднородном поле, то неустойчивость всегда носит колебательный характер. Для  жидкости, заполняющей ячейку Хеле-Шоу, определены границы устойчивости и собственные частоты нейтральных колебаний. В случае параметрического возбуждения, вызванного переменной составляющей магнитного поля, найдены зависимости порогов термомагнитной конвекции от частоты и амплитуды модуляции поля и определены резонансные частоты. Показано, что, в условиях параметрического резонанса модуляции поля малой амплитуды позволяют существенно понизить критический градиент температуры.