Zdá se, že používáte zastaralý prohlížeč, jenž nepodporuje moderní technologie pro zobrazování obsahu na webu, proto stránky nemusí vypadat či fungovat správně. Doporučujeme Vám prohlížeč aktualizovat nebo si stáhnout takový, jenž dnešní standardy splňuje.

Nastavení cookies

Můžeme pracovat s cookies,
ať víme, jak to na našem webu žije?

To nám pomáhá poskytovat vám nejlepší možné služby a nabídky.

Nakup lístky se slevou až 20% a přijď si otestovat své znalosti!
Zobrazit vstupenky
  1. Úvod
  2. iQBLOG
  3. Magnetoreologie – jak se dá voda „zmrazit” pomocí magnetu

Magnetoreologie – jak se dá voda „zmrazit” pomocí magnetu

18.04.2023

Všichni víme, co jsou magnety – malé kousky materiálu, které k sobě přitahují kovové předměty jako například spony nebo nůžky. Při použití magnetu však takové předměty zůstávají nezměněny. Nůžky zůstávají stále stejnými nůžkami a spony zase sponami. Ale co kdybychom vám řekli, že existují látky, které díky magnetům mohou měnit svoji strukturu natolik, že mění i své skupenství? To je přesně to, co se děje v oblasti magnetoreologie, kde se zkoumají speciální tekutiny, které se mohou pod vlivem magnetického pole stát pevnou látkou.

Jak ale tato změna funguje?

Kapalina je jednou provždy kapalinou, dokud ji neochladíme na teplotu, při níž se promění v pevnou látku. Neexistuje tu přece žádná souvislost s použitím magnetu. Jenže magnetoreologické tekutiny nejsou obyčejné kapaliny a jejich tuhnutí nijak nesouvisí se změnou teploty. Představují směs malých magnetických částic (obvykle o velikosti jednotek mikrometrů) rozptýlených v tekutině, kterou může být například olej. V této kapalině rozpuštěné magnetické částice jsou velmi citlivé na magnetické pole a pod jeho vlivem se mohou lehce uspořádat do souvislých řad, které tvoří jakési mosty napříč tekoucím proudem (obr. 1). Tyto mosty jsou natolik pevné, že začnou bránit kapalině v proudění. Ve výsledku zastaví tok do té míry, že se původní kapalina nebude nijak zásadně lišit od pevné látky. Stojí na místě bez hnutí. Ve chvíli, kdy se vypne magnetické pole, však náš materiál začne opět téct. Taková proměna vlastností může nastat téměř okamžitě po vypnutí magnetického pole, a díky tomu tento proces může probíhat opakovaně v extrémně krátkých časech na úrovni zlomků milisekund. Tedy v čase, který je více než milionkrát kratší než jedna vyučovací hodina ve škole. 

Obrázek1

Obr. 1: Princip „zamrznutí” magnetoreologické kapaliny v magnetickém poli 

Tuto pozoruhodnou vlastnost dnes již inženýři využívají v praxi. V automobilovém průmyslu nalézá využití například v tlumičích. Jejich konstrukce je velmi podobná jiným typům tlumičů. Do dutiny tlumiče se dvěma písty je umístěna magnetoreologická kapalina. Jeden píst je pevnou částí vozidla, zatímco druhý je spojen s pohybující se částí (např. nápravou). Když se vozidlo pohybuje po nerovnostech na silnici, pohybuje se i pohyblivý píst, který tlačí na kapalinu mezi oběma písty. Ve chvíli, kdy je kapalina v tlumiči stlačena, začnou magnetoreologické částice, procházející skrz magnetizovaný kanálek v pístu, vytvářet vlákna podél směru magnetického pole, díky čemuž kapalina tuhne a snižuje následné kmitání a otřesy přenášené do vozidla během jízdy. Výhodou použití magnetoreologických tlumičů je možnost velmi dobře přizpůsobit úroveň tlumení nárazu aktuálním podmínkám a rychlosti jízdy vozidla. Tento princip tak může být využit například u sportovních vozidel nebo u vozidel s vyšší hmotností, kde je potřeba tlumit nárazy extrémně účinně. Konkrétně je možné setkat se s tímto typem tlumičů u luxusnějších značek aut, jako jsou Ferrari (např. model 599 GTB Fiorano), Lamborghini (např. model Huracán), Audi (např. model RS7) a Chevrolet (např. model Corvette C7 Stingray).  

V budoucnosti bychom se mohli dočkat využití i v brzdových systémech, díky čemuž by bylo možné se bezpečněji přepravovat. Velký potenciál má využití těchto brzd v těžších dopravních prostředcích, jako jsou například vlaky, trolejbusy, tramvaje, kde je také potřeba spolehlivé a účinné brždění. Současná představa fungující magnetoreologické brzdy (obr. 2) se nijak zásadně neliší od konstrukce již používaných typů brzd. Skládá se z rotoru a statoru. V rotoru je umístěna magnetoreologická kapalina, kterou ovlivňuje magnetické pole vytvářené cívkami uvnitř statoru. Když se proud v cívce a tím i generované magnetické pole zvětšuje, magnetoreologická kapalina se stává tužší a brzdí rotor. Naopak pokud se magnetické pole sníží, kapalina se stává tekutější a brzdný efekt se snižuje.  

Obrázek2

Obr. 2: Návrh schématu magnetoreologické brzdy 

Pravda je, že využití tohoto typu kapalin v brzdových systémech je v současnosti mnohem dál od uskutečnění než v případě tlumičů. Je to způsobeno několika problémy, které se v současných systémech vyskytují. Jedním z nich je samovolné usazování těžkých magnetických částic v kapalinách v průběhu času, kdy se brzdy nepoužívají. Usazené částice mění chování suspenze jako celku, což může mít za následek odlišný účinek brzd. Jedním z řešení, která mohou sedimentaci částic v kapalině zabránit, je přidání o několik řádů menších magnetických částic (nanočástic) do původní suspenze. Ty nejenže mohou zlepšit její stabilitu, ale zejména mohou posílit samotný brzdný účinek kapaliny. Ten se zvyšuje díky tomu, že nanočástice vyplňují skuliny mezi mikročásticemi (obr. 3), a tím se řady částic stávají tužšími, a tudíž odolnějšími vůči toku kapaliny. 

Obrázek 3

Obr. 3: Ztuhnutí magnetoreologické kapaliny s přidanými nanočásticemi 

Opustíme-li automobilový průmysl, kde může mít magnetoreologie v blízké budoucnosti nezaměnitelné místo, můžeme se začít soustředit i na jiné oblasti, kde již svůj potenciál dokázala plně využít. Napadlo by vás třeba, že magnetoreologie může pomoci i při stavbě bezpečných budov? Ano, je to tak. Využívá se při výrobě protizemětřesných stavebních prvků, které dokáží tlumit otřesy uvnitř budov. Tlumiče jsou při stavbě instalovány do stavby a během nebezpečných otřesů slouží k absorpci energie uvolněné během zemětřesení. Zlepšují tak odolnost stavebních konstrukcí a snižují riziko pádu budov. 

Magnetoreologie je fascinující oblast, která nám umožňuje ovládat pomocí magnetického pole chování jiných látek, zejména kapalin, ve snaze využívat je v mnoha oblastech lidské činnosti. Tak až příště uvidíte magnet, vzpomeňte si na to, že magnetické pole může být mnohem více než jen kousek železa. 

Poznámka autora: Schéma magnetoreologické brzdy (obr. 2) bylo vytvořeno produktovým designerem Janem Kroulíkem, momentálně působícím na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně. 

Autor: Ondřej Havelka, TUL 

Komentáře (0)

Načítám...

Mohlo by vás zajímat

Proč vypojovat nabíječky?

Rozmohl se nám takový nešvar :-) – zvykli jsme si nechávat v zásuvce nabíječky k mobilům a kabely k notebookům. Prý když je nepoužíváme, tak nespotřebovávají žádnou energii. Jenže, bohužel, spotřebovávají. Sice méně, než když…

Jak postavit plechovku na hranu?

Dokážeš postavit plechovku na hranu tak, aby se nezvrátila a vydržela takto třeba celý večer? Zkus si to. Nejspíš zjistíš, že to není jen tak, že budeš muset plechovce nějak pomoci. Ale když nenápadně použiješ náš fígl, nikdo si ničeho…

Kovová voda – fascinující experiment z českých luhů a hájů

O vodě už jste toho jistě slyšeli spoustu. Ale o zvláštním druhu vody, který se chová jako kov, možná ještě nic. Jak taková voda může vypadat? K čemu vlastně je? A kdo s touto vodou přišel?

Tajemství rozprašovače

Když rosíme pokojové rostliny (popřípadě teď v létě i sebe) nebo si rozprašujeme ocet na salát, musíme tlačítko nebo páčku rozprašovače mačkat opakovaně. U barvy, laku, deodorantu či šlehačky ve spreji ale stačí jen jednou stisknout a…

Crookesův mlýnek

Crookesův mlýnek je fascinující hračka – zvlášť když věříme, že nám ukazuje mechanické účinky světla. Sice to tak úplně není, ale možná ještě o to zajímavěji si s ním můžeme pohrát.

Tření základ života!

Kdyby naráz přestalo existovat tření, způsobilo by to světovou apokalypsu. Hned by se rozpadly všechny stavby, z oblečení, které máme na sobě, by zůstala jen hromádka vláken, nebyli bychom schopni se po ničem pohybovat… Prostě bez…

Co je to utajený var? 

Už od mala všude slýcháme, že voda se vaří při 100 °C. Ale pokud jste dávali na hodinách fyziky pozor, víte, že to není tak úplně pravda. 

Život na ISS

ISS neboli Mezinárodní vesmírná stanice je stále tím nejvýznamnějším místem, kde lze studovat vliv mikrogravitace (zjednodušeně stavu beztíže) na život člověka. Místo, kde lze vyvíjet nové léky a materiály. Dokáží si lidé obstarat základní…

Lyžařské vosky 

Možná Vás napadají fundovanější stránky o správné technice mazání běžek na Váš další výlet nebo závod. A máte pravdu! My si ale v tomto článku povíme, proč nám vlastně lyže po sněhu jede, a jak vůbec lyžařské vosky fungují. 

Páka

O prázdninách asi většina lidí na fyziku moc nemyslí, ale fyzika žádné prázdniny nemá – i během nich je všude kolem nás. I když se třeba chceme jenom napít.