Мы исследуем термодинамические свойства магнитных жидкостей с небольшими и умеренными значениями параметра диполь-дипольного взаимодействия в отсутствии внешнего магнитного поля. Магнитные жидкости моделируются монодисперсной системой дипольных твердых сфер. Построена теория, основанная на обратном кумулянтном преобразовании вириального разложения свободной энергии Гельмгольца в ряд по плотности. Методом компьютерного моделирования Mayer Sampling получены данные для пятого вириального коэффициента. По данным компьютерного моделирования получены аналитические выражения для четвертого и пятого вириальных коэффициентов. В работе были определены аналитические выражения для свободной энергии, давления, химического потенциала и коэффициента градиентной броуновской диффузии. Построенная теория хорошо согласуется с данными компьютерного моделирования в широкой области концентраций феррочастиц (φ≤4) и интенсивности межчастичного диполь-дипольного взаимодействия (λ≤4). / We investigate thermodynamic properties of ferrofluids with low and intermediate dipolar coupling constant. The model of dipolar hard spheres is observed. In this work a new theory is constructed based on the transformation of the virial expansion for the Helmholtz free energy into a logarithmic form. Analytical expressions of the forth and the fifth virial coefficients are obtained on the basis of numerical results of Mayer-sampling calculation. In this work analytical expressions for free energy, chemical potential, pressure and gradient diffusion coefficient were obtained. The comparison between theory and computer simulation shows good agreement for dipolar coupling constant λ≤4 and for particle volume fraction φ≤4.

Объектом данного исследования является феррожидкость. В работе определено влияние полидисперсности на термодинамические и магнитные свойства феррожидкостей. В первой главе данной работы построена теория, описывающая термодинамические свойства бидисперсной системы дипольных твердых сфер. Разработан программный комплекс, позволяющий численно определить ряд термодинамических характеристик бидисперсной феррожидкости. Проведено сравнение теории и результатов компьютерного моделирования. Во второй главе рассмотрена полидисперсная модель дипольных твердых сфер. Вычислено дополнительное слагаемое в существующем приближении начальной магнитной восприимчивости полидисперсных феррожидкостей. Проведено сравнение теории и результатов компьютерного моделирования, известных в литературе. Определены условия работоспособности нового приближения начальной магнитной восприимчивости. / The object of this study is ferrofluid. In the study the effect of polydispersity on the thermodynamic and magnetic properties of ferrofluids was investigated. In the first chapter of this paper we construct theory describing the thermodynamic properties of the bidisperse system of dipolar hard spheres. Computer program was developed that allows numerically to identify the thermodynamic characteristics of bidisperse ferrofluid. A comparison between theory and computer simulation was performed. In the second chapter the polydisperse model of dipolar hard spheres was considered. Additional new term in the existing approximation of the initial magnetic susceptibility of polydisperse ferrofluid was calculated. A comparison between theory and computer simulations was performed. The conditions for the availability of the new approach were defined.