Hvordan lage flytende magneter

virtualphoto / Getty Images

En flytende magnet, eller ferrofluid, er en kolloidal blanding av magnetiske partikler (~10 nm i diameter) i en flytende bærer. Når det ikke er noe eksternt magnetfelt tilstede, er ikke væsken magnetisk, og magnetittpartiklenes orientering er tilfeldig. Men når et eksternt magnetfelt påføres, er de magnetiske momentene til partiklene på linje med magnetfeltlinjene. Når magnetfeltet fjernes, går partiklene tilbake til tilfeldig innretting.

Disse egenskapene kan brukes til å lage en væske som endrer tetthet avhengig av styrken på magnetfeltet og kan danne fantastiske former.

Den flytende bæreren til en ferrofluid inneholder en overflateaktivt middel for å hindre at partiklene fester seg sammen. Ferrofluider kan suspenderes i vann eller i en organisk væske. En typisk ferrofluid er omtrent 5 % magnetiske faste stoffer, 10 % overflateaktive stoffer og 85 % bærer, etter volum. En type ferrofluid du kan lage bruker magnetitt for de magnetiske partiklene, oljesyre som overflateaktivt middel, og parafin som bærervæske for å suspendere partiklene.

Du kan finne ferrofluider i avanserte høyttalere og i laserhodene til enkelte CD- og DVD-spillere. De brukes i lavfriksjonstetninger for roterende akselmotorer og tetninger for datamaskindiskdrev. Du kan åpne en datamaskindiskstasjon eller en høyttaler for å komme til væskemagneten, men det er ganske enkelt (og morsomt) å lage din egen ferrofluid.

Dette er hvordan:

01 av 05

Sikkerhetshensyn

Fuse / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />

Fuse / Getty Images

Denne prosedyren bruker brennbare stoffer og genererer varme og giftige røyk. Ha påsikkerhetsbrillerog hudbeskyttelse, arbeid i et godt ventilert område, og vær kjent med sikkerhetsdataene for kjemikaliene dine. Ferrofluid kan gi flekker på hud og klær. Oppbevar den utilgjengelig for barn og kjæledyr. Kontakt ditt lokale giftkontrollsenter hvis du mistenker svelging. Det er fare for jernforgiftning; bæreren er parafin.

02 av 05

Materialer

jopstock / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-4' />

jopstock / Getty Images

Her er materialene du trenger:

• Husholdnings ammoniakk
• Oljesyre (finnes i enkelte apotek og håndverks- og helsekostbutikker)
• PCB etsemiddel (jernkloridløsning), tilgjengelig i elektronikkbutikker. Du kan lage jernklorid- eller jernkloridløsning, eller du kan bruke magnetitt eller magnetisk hematittpulver hvis du har noen av disse mineralene hendige. (Magnetisk hematitt er et billig mineral som brukes i smykker.)
• Stålull
• Destillert vann
• Magnet
• Parafin
• Varmekilde
• 2 beger eller målebeger
• Plastsprøyte eller medisinkopp (noe å måle 10 ml)
• Filterpapir eller kaffefiltre

Selv om det er mulig å erstatte oljesyren og parafinen, vil endringer i kjemikaliene føre til endringer i ferrofluidens egenskaper, i varierende grad. Du kan prøve andre overflateaktive stoffer og andre organiske løsemidler; det overflateaktive midlet må imidlertid være løselig i løsningsmidlet.

03 av 05

Syntetiserer magnetitt

Ekaterina Lutokhina / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-9' />

Ekaterina Lutokhina / Getty Images

De magnetiske partiklene i denne ferrofluiden består av magnetitt. Hvis du ikke begynner med magnetitt, er det første trinnet å forberede det. Dette gjøres ved å redusere jern(III)kloridet (FeCl₃) i PCB etsemiddel til jern(II)klorid (FeCl_to). Jernklorid blir deretter reagert for å produsere magnetitt. Kommersielt PCB-etsemiddel er vanligvis 1,5 M jernklorid, for å gi 5 gram magnetitt. Hvis du bruker en stamløsning av jernklorid, følg prosedyren med en 1,5 M løsning.

1. Hell 10 ml PCB etsemiddel og 10 ml destillert vann i en glasskopp.
2. Tilsett et stykke stålull til løsningen. Bland væsken til du får en fargeendring. Løsningen skal bli lysegrønn (grønn er FeCl_to).
3. Filtrer væsken gjennom filterpapir eller et kaffefilter. Behold væsken; kast filteret.
4. Presipiter magnetitten ut av løsningen. Tilsett 20 ml PCB etsemiddel (FeCl₃) til den grønne løsningen (FeCl_to). Hvis du bruker stamløsninger av jern- og jernklorid, husk FeCl₃og FeCl_toreagere i forholdet 2:1.
5. Rør inn 150 ml ammoniakk. Magnetitten, Fe₃O₄, vil falle ut av løsningen. Dette er produktet du ønsker å samle.

04 av 05

Suspender magnetitt i en bærer

Westend61 / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-13' />

Westend61 / Getty Images

De magnetiske partiklene må belegges med et overflateaktivt middel slik at de ikke fester seg sammen når de magnetiseres. De belagte partiklene vil bli suspendert i en bærer, slik at den magnetiske løsningen vil flyte som en væske. Siden du skal jobbe med ammoniakk og parafin, klargjør bæreren på et godt ventilert område, utendørs eller under et avtrekksskap. Følg disse instruksjonene:

1. Varm opp magnetittløsningen til rett under koking.
2. Rør inn 5 ml oljesyre. Hold varmen til ammoniakken fordamper (ca. en time).
3. Fjern blandingen fra varmen og la den avkjøles. Oljesyren reagerer med ammoniakk for å danne ammoniumoleat. Varme lar oleationet komme inn i løsningen, mens ammoniakken slipper ut som en gass (det er derfor du trenger ventilasjon). Når oleationet binder seg til en magnetittpartikkel, omdannes det til oljesyre.
4. Tilsett 100 ml parafin til den belagte magnetittsuspensjonen. Rør suspensjonen til mesteparten av den svarte fargen har blitt overført til parafinen. Magnetitt og oljesyre er uløselige i vann, mens oljesyre er løselig i parafin. De belagte partiklene vil forlate den vandige løsningen til fordel for parafinen. Hvis du gjør en erstatning for parafinen, må løsningsmidlet ha samme egenskap: evnen til å løse opp oljesyren, men ikke ubelagt magnetitt.
5. Dekanter og lagre parafinlaget. Kast vannet. Magnetitten pluss oljesyre pluss parafin er ferrofluiden.

05 av 05

Ting å gjøre med Ferrofluid

LYagovy / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-17' />

LYagovy / Getty Images

Ferrofluid er veldig sterkt tiltrukket av magneter, så hold en barriere mellom væsken og magneten (f.eks. en glassplate). Unngå å sprute væsken. Både parafin og jern er giftige, så ikke svelg ferrovæsken eller tillat hudkontakt – ikke rør den med en finger eller lek med den.

Her er noen ideer til aktiviteter som involverer din flytende magnet ferrofluid:

• Bruk en sterk magnet til å flyte en krone på toppen av ferrofluiden.
• Bruk magneter til å dra ferrofluiden opp på sidene av en beholder.
• Før en magnet nær ferrofluiden for å se pigger dannes, etter linjene i magnetfeltet.

Utforsk formene du kan danne ved hjelp av en magnet og ferrofluiden. Oppbevar væskemagneten din unna varme og flammer. Hvis du trenger å kaste ferrovæsken din på et tidspunkt, kast den slik du ville kastet parafin.