Construire une cage magnétique pour retenir un fluide ?

[Dièze]

Salut ! Question magnétisme : quelle est la configuration nécessaire pour qu'un (assemblage d')aimant(s) puisse(nt) contenir dans une cage magnétique un fluide ferromagnétique ?
En imaginant que ce soit possible, est-ce qu'une cage de lévitation pour ferrofluides serait envisageable ?

Mes connaissances en physique datent du lycée (STI électronique), donc y'a pas beaucoup de matière de mon côté.
Pour le grand contexte, j'aimerais savoir s'il est possible de répliquer l'expérience du syphon (et son inverse [lien vers une vidéo de Steve Mould nommée "The Inverted Whirlpool Paradox"]) sans considérer des frottements mais plus la pression induite par la force centrifuge, par exemple via deux liquides ferromagnétiques confinés dans un champ magnétique.
La question du confinement lui-même étant déjà au-delà de mon niveau, je vais m'en contenter pour le moment.
(Si vous avez un mode opératoire pour répliquer la cage, le double-fluide en lévitation, et connaître la faisabilité d'un syphon dans ce contexte, je prends.)

Merci d'avance pour vos éclaircissements !
D.
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[Brinicle]

Bonjour,

Le ferrofluide étant attiré par les aimants, ce n'est pas possible.

Pas besoin de ferrofluide, l'eau est paramagnétique et donc repoussée par un champ magnétique. Il est possible de faire léviter des choses contenant suffisamment d'eau (avec un champ magnétique très élevé) : https://youtu.be/KlJsVqc0ywM

Un peut compliqué à réaliser c'est vrai... Ce n'est pas pour rien qu'il y a des expériences de mécanique des fluides dans l'ISS.

Et même si votre idée était possible, il y aurait des courants de foucault traversant le fluide (donc de la dissipation supplémentaire).

A mon avis, pour votre expérience, les frottements avec le solide sont nécessaires.

[Dièze]

Bonjour Brinicle,

Merci pour la réponse.
En effet, la recherche d'informations sur le paramagnétisme m'a indiqué la voie vers le diamagnétisme, dont une expérience de lévitation de liquide (eau+animaux) a été réalisée.
Je ne pense pas avoir les moyens pratiques de répliquer ladite expérience, néanmoins j'aimerais avoir quelques notions dessus :
- Comment déterminer la puissance d'aimantation requise par litre de liquide ?
- En cas de plusieurs liquides diamagnétiques, est-ce que plusieurs couches de lévitations se forment ?


N'ayant pas les moyens de répliquer l'expérience dans une cage magnétique (en gardant mon intérêt pour la théorie tout de même), je voudrais essayer trois pistes :
1) Soit expérimenter la réduction des frottements (ex : surface hydrophobe)
2) Soit simuler l'augmentation de densité liée à la force centrifuge (liquide léger soumis à pression plus forte au centre, liquide lourd soumis à pression plus forte sur les côtés)
3) Soit répliquer l'expérience en bloquant le centre du siphon avec un axe et des pales positionnées à mi-hauteur du liquide


Si vous avez moyen de me conseiller sur ces pistes (validité, intérêt, théorie, ..), je reste à l'écoute.
D.

Note personnelle : Dans le cas d'un récipient positionné sur un plateau tournant, plus le récipient sera loin du centre, plus son contenu soumis à une force centrifuge forte, mais sans vraiment induire de rotation interne dans le système contenant-contenu (tant que la rotation est maintenue à vitesse constante). Il devrait donc être possible d'obtenir un effet de siphon pour un liquide dans un système soumis à rotation uniforme si le contenant est correctement compensé, de manière similaire au même système non soumis à rotation. Cela n'est donc pas un facteur déterminant pour l'étude.

[Brinicle]

Ooops, petit lapsus, oui c'est diamagnétique, désolé...

La "puissance d'aimantaion" n'existe pas, si vous parlez bien du champ magnétique nécéssaire, c'est compliqué d'avoir un valeur précise (dépend de la géométrie). Mais vu que pour un petite grenouille il faut 16T (c'est COLOSSAL)... totalement irréalisable de faire flotter 1L d'eau. Pour les "couches de lévitation"... , je ne vois pas de quoi vous voulez parler.

1) Je ne suis vraiment pas sûr qu'une surface superhydrophobe réduise les frottements dans ce cas.

2) Les liquides étant quasiment incompressibles, il faudrait y aller très fort.

3) Ressemble beaucoup à ceci : https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Inst...Taylor-Couette

Mais pourquoi vous intéréssez vous à cette expérience ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Dièze]

Je ne cherche pas à faire léviter un litre d'eau, je cherchais à connaître la quantité de Tesla nécessaire au litre de liquide, rapporté pour un volume éventuellement réduit de ce liquide. Si besoin, j'aurais cherché à faire léviter une goutte d'eau avec une trentaine d'aimants, mais l'observation d'un phénomène physique de rotation sur une quantité si faible me semble compliquée.

La question concernant les deux liquides en lévitation est peut-être mal formulée : que se passerait-il si on place de l'eau et un autre liquide diamagnétique dans 16 Tesla ? [conformément à l'expérience mentionnée avec la grenouille, et en imaginant un liquide diamagnétique différent de l'eau + eau] ; Verrait-on les deux liquides rester en contact ? Se séparer physiquement pour former deux bulles distinctes ? Rien, la lévitation ne marche pas pour plusieurs liquides en contact ? (éventuellement, seuls certains liquides seraient "diamagnétiquement compatibles" par leur polarisation ?)

1) Merci pour l'info, comment pourrais-je m'en assurer ? La surface hydrophobe devrait pourtant réduire la zone de friction, même sans l'annuler totalement.
2) En appliquant un bol (sens bombé sur le liquide "léger", sens incurvé sur le liquide "lourd"), j'obtiendrais une densité plus forte sur les côtés/au centre, via déplacement du volume ; cela n'est pas forcément une représentation valable du système d'origine, mais ça me paraît une vague simulation de l'effet de la force centrifuge sur un liquide.
3) Merci pour la référence, je regarde ça.

L'effet des frottements sur le bord du contenant me semble très exagéré, mais il n'y a pas d'autre raison que la curiosité derrière mes interrogations.
Pour référence, les frottements du fond du contenant devraient compter au-moins autant que les frottements sur les bords, pour autant le siphon "haut" se produit même en l'absence desdits frottements (présence d'une couche de liquide dessous). Je me pose donc effectivement la question de l'effet de ces frottements sur le système.

D.

[Brinicle]

À priori, si les deux liquides ont des susceptibilités magnétiques suffisamment différentes, il peuvent très bien ne pas rester en contact.

1) hydrophobe tout court, non cela ne réduira pas les frottements, c'est une propriété liée à l'angle de contact de l'eau sur le solide (>90°). Pour superhydrophobe c'est moins clair car c'est microstructuré (mais donc aussi plus rugueux) et la surface réelle de contact est plus faible que la surface de contact apperente, mais si la surface est entièrement plongée dans le liquide...
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hydrophobe

2) vous confondez densité et pression, incompressible signifie que le volume ne change pas sous l'effet des forces de pression. Mais la pression est bien sûr non nulle.

Je pense que vous devriez commencer par la base, le problème avec la mécanique des fluides c'est que ça paraît simple et intuitif mais c'est en fait tout le contraire !

[Patzewiz]

Bonjour,

Le ferrofluide étant attiré par les aimants, ce n'est pas possible.

Pas besoin de ferrofluide, l'eau est paramagnétique et donc repoussée par un champ magnétique.

Les composés paramagnétiques ont une susceptibilité positive et sont donc attirés vers les champs forts. Les composés repoussés par ces champs sont diamagnétiques avec une susceptibilité négative. Le cas le plus spectaculaire est celui des supraconducteurs qui présentent un diamagnétisme parfait (X = -1 dans le système SI) en dessous de leur température critique.

Pour revenir au problème posé, il est important de noter que c'est le gradient du champ magnétique qui doit être pris en compte et non l'intensité de celui-ci. Dans un champ uniforme, il n'y a pas d'attraction ni de répulsion mais seulement des possibilités de rotation.

[Dièze]

En attendant de mettre la main sur un contenant [super-]omniphobe (= répulsif tous liquides), je vais me contenter d'appliquer des couches imperméabilisantes sur un contenant en verre.

En sachant cette imperméabilisation imparfaite, je voudrais néanmoins en mesurer l'effet. Est-ce que le siphon est censé se former plus difficilement (plus de temps et/ou vitesse de rotation du liquide plus élevée) ? Sa forme (hauteur, diamètre, ..) est-elle censée varier ?