¿Picos en ferrofluido?

La forma es causada por la inestabilidad del campo normal. Esta es la condición en la que estas pequeñas gotas de ferrofluidos de 10 nm se describen mediante ecuaciones de Maxwell, donde la divergencia del campo B es cero y el rotacional de H es cero. El campo magnético impuesto conduce a un desajuste de la condición de tensión en la interfaz entre el interior de la gota y el exterior. Este exceso de presión hace que las gotas se alarguen en la dirección del campo magnético. El espacio entre picos viene dado aproximadamente por la longitud de onda de Taylor para inestabilidades hidrodinámicas regulares, pero la amplitud del pico es una función de la intensidad del campo.

Este alargamiento se puede ver en una variedad de formas. En un ejemplo en el que el ferrofluido es menos denso y la intensidad del campo es menor, puede ver que se producen alargamientos simples.

En condiciones de campo más densas o más altas, puede ver que la tensión y las deformaciones adquieren una forma más rugosa a medida que se amontonan a lo largo de líneas de campo de igual fuerza. Esto le da una apariencia puntiaguda.

Es útil recordar que el ferrofluido es simplemente una suspensión de partículas que contienen hierro. La forma que ve son las partículas de hierro que intentan seguir las líneas del campo magnético, al igual que las limaduras de hierro alrededor de un imán (en 3D, en lugar de en una superficie como se demuestra comúnmente). La forma no es exactamente la misma que la de las limaduras de hierro alrededor de un imán, debido a la tensión superficial del líquido.

Con un poco más de detalle: la fuerza magnética sobre las partículas suspendidas en todo el material conduce a una fuerza neta en la superficie, donde cae la permeabilidad magnética. Esto provoca una fuerza normal a la superficie, lo que da como resultado una protuberancia de fluido. A medida que crece la protuberancia, la superficie se estira, aumentando la fuerza de tensión superficial hasta que es lo suficientemente fuerte como para equilibrar la fuerza magnética normal. Por lo tanto, la forma de equilibrio es un pico, que es más alto y más delgado cuanto más fuerte es el campo.

¿Por qué se forman estos picos en algunas partes del fluido, mientras que otras quedan como valles? Los lugares donde se forman los picos son esencialmente aleatorios, nucleados por cualquier pequeña protuberancia en la superficie del fluido, que luego crecerá. Por eso se denominan "inestabilidades", ya que una superficie perfectamente estable no tendría ninguna posición preferencial para formar un pico (aunque en realidad no existen superficies perfectamente estables).