Магнитная мешалка и левитация (левитация магнитного якоря). Magnetic stirrer and levitation (levitation of magnetic stirring bar)

Дело было в лаборатории, которая занималась разными вещами: присадками к нефти, ингибиторами коррозии, но основной тематикой были моющие средства. Задача стояла разработать базовые рецептуры. Основных компонентов (технических ПАВ) было три: лауретсульфат натрия (SLES), бетаин растительных масел (кокос и подсолнечник) и диэтаноламид растительных масел. Для начала мы готовили определенные составы из этих компонентов и измеряли их вязкость. А вязкость зависела не только от количества ПАВов, но и от концентрации в растворе электролитов, в данном случае - от добавки хлорида натрия.

Процедура простая: в стакан добавляем расчетные навески трех ПАВ и воды, помещаем в стакан магнитный якорь и ставим все это на магнитную мешалку. Перемешиваем до получения однородного раствора, измеряем его вязкость (на роторном вискозиметре). Потом добавляем расчетную навеску хлорида натрия, снова ставим на магнитную мешалку и выдерживаем до полного растворения соли. Снова измеряем вязкость, добавляем новую навеску, перемешиваем и т.д. Когда концентрация соли достигала определенных значений, вязкость раствора возрастала в тысячи раз - это известное явление. Неожиданным стало поведение магнитного якоря мешалки в жидкости: в таких вязких растворах он "зависал": вращался в подвешенном состоянии, не касаясь, ни дна, ни стенок.

Сначала я подумал, что имеет место расслоение: снизу собралась более вязкая (и плотная) жидкость, сверху - менее вязкая (и менее плотная), а якорь мешалки "парит" на поверхности их раздела. Было и такое: в некоторых случаях поверхность раздела внутри стакана заметить удалось, но у большинства образцов ее не было. Более того, даже если поверхность раздела была, в процессе активного перемешивания она исчезала, а левитация якоря (магнитного стержня) - продолжалась. Нужно только, чтобы мешалка работала на достаточно быстрых оборотах. Когда обороты были низкие - мешалка просто вращалась на дне. При увеличении скорости вращения якорь мешалки "взлетал" и "парил" в жидкости, при уменьшении оборотов - падал и снова вращался на дне.

Вживую это выглядело красиво, но заснять "левитирующий якорь" оказалось не так просто: жидкость часто была мутной, белый якорь на светлом фоне выглядел недостаточно контрастным, но при этом быстро вращался и т.п. - мне с коллегой пришлось попрактиковаться, чтобы получить хоть немного пристойное видео.