[发明专利]磁性流体密度分选演示仪

说明书

一、技术领域：

本发明专利涉及教学实验仪器，特别是关于磁性流体物理实验仪。

二、背景技术：

磁性流体是一种顺磁液体材料，在磁场中它的表观密度会根据磁场及其磁场的强弱不同而不同。对磁场的强弱来说，磁场梯度大的地方磁性流体的表观密度就大，反之，磁场梯度小的地方磁性流体的表观密度就小。磁性流体研究及应用发展很快，目前有些国家已经研制出了磁性流体选矿机，已进行了工业应用，他们一般称之为铁磁性液体静力分选机。主要应用于矿砂精选，废旧电器、汽车等粉碎后有色金属块的分选。对有色金属铝、锌、铜等进行了有效分离，有的分选率达到了80％或更高。

对于教学来说，实验仪是最能直观反应磁性流体性能的设施，但是目前还有待进一步开展教学、科研和开发应用。

三、发明内容：

本发明专利目的是克服上述不足问题，提供一种磁性流体密度分选演示仪，分选效果显著，演示效果良好，大大提高学生对于磁性流体密度随磁场变化的认知度和开发能力。

本发明专利为实现上述目的所采用的技术方案是：磁性流体密度分选演示仪，主要由电磁铁、磁性流体容器、物质颗粒传送系统组成，电磁铁系统由磁极、上磁轭、铁心、下磁轭、线包组成，磁极张角20°-30°的可调张角；磁性流体容器为玻璃或有机玻璃长方形容器，容器底部中间为倒V形，容器内斜底两侧分别放置长管道和短管道，斜底底面分别与物质颗粒传输系统的长、短管道进料口连通长、短管道均为管道内上方通过转动曲轴安装有辘轱，辘轱上缠绕吊绳，吊绳底端固定在吊料桶上，吊料桶放置管道内底部，吊料桶上方管道侧壁上开有进料口，进料口与吊料桶连通，吊料桶与出料槽相接触的边带有自动旋转门，管体上方侧壁带有出料槽，短管道出料槽与混料槽连通，混料槽底板为活动底板，活动底板一端连接吊绳，长管道出料槽连通长运料槽，长运料槽连通短运料槽，短运料槽连通混料槽。

所述线圈系统被固定装在仪器箱中，磁极、磁性流体容器、传输系统安装在箱体表面上。

所述磁极长为300mm，宽100mm，磁极张角20°-30°的可调张角，磁极最小距离30mm，磁场最强可达1500高斯，磁极为DT₂磁极。

所述可控硅整流电源为线包的供电电源。

本发明磁性流体密度分选演示仪是材料学科中的液体材料和物理学中的电磁技术有机结合而发明的，用来演示分选不同密度物质颗粒的仪器，比如可将混在一起的几种不同密度物质颗粒分选出来，也可以进行选矿演示、不同种类有色金属碎块分选演示。

原理说明：一个在梯度磁场作用下的磁性流体中的物质颗粒将受四种力的作用，1从上向下的重力G_m，2磁性流体从下向上的浮力F_f，3磁场对物质颗粒的作用力F_m，4在非均匀磁场中磁性流体对物质颗粒的作用力F_s。在上述四种力中：

G_m＝ρ_m.V.g…(1)    F_f＝ρ_s.V.g…(2)分别为物质颗粒的垂直向下重力和磁性流体对物质颗粒的垂直向上的浮力。ρ_m、ρ_s分别为物质颗粒密度和磁性流体表观密度，V为物质颗粒体积，g为重力加速度。

F_m＝K_mVH dH/dy…(3)为磁场对物质颗粒的作用力。颗粒从上向下沉积时，首先要进入上边缘磁场，磁场强度和磁场梯度都是增加的，所以颗粒在非均匀磁场中会受到磁力作用(向下)。F_s＝K_sVHdH/dy…(4)为在梯度磁场中磁性流体对物质颗粒的作用力(向上)。如图1所示，当将一物质颗粒从磁性流体容器左边表面上投下时，它会在缓慢下沉的同时也会向x方向移动。假如不考虑颗粒的水平移动，颗粒下沉到一定位置后会停下来，这时就会有下边的等式出现：

(G_m+F_m)-(F_f+F_s)＝0…(5)

将上边(3)、(4)代入(5)式，经整理后得出下式：

V(Δρg-ΔKH dH/dy)＝0    因V≠0m  则有下试：

Δρg-ΔKH dH/dy＝0…(6)

即Δρg-ΔKHgradH＝0

(6)式被称为磁性流体密度分选演示仪的平衡方程式，

试中Δρ＝ρ_m-ρ_s