Villari-effekt, magnetoelastisk effekt - det omvendte fenomenet med magnetostriksjon

Villari-effekt oppkalt etter en italiensk fysiker Emilio Villarisom oppdaget dette fenomenet i 1865. Fenomenet kalles også magnetoelastisk effekt… Dens fysiske essens ligger i endringen av magnetisk permeabilitet, så vel som de tilhørende magnetiske egenskapene til ferromagneter under mekanisk deformasjon av prøver laget av disse ferromagnetene. Arbeidet er basert på dette prinsippet magneto-elastiske måletransdusere.

Se for eksempel av hystereseløkker permaloid og nikkel under driftsforhold på mekanisk belastede prøver laget av disse materialene. Så når en nikkelprøve strekkes, ettersom strekkspenningen øker, vipper hysteresesløyfen. Dette betyr at jo mer nikkel strekkes, desto lavere er dens magnetiske permeabilitet. Strekkfastheten til nikkel reduseres også. Og permaloy er det motsatte.

Når permalloy-prøven strekkes, nærmer formen på dens hystereseløkke seg en rektangulær, noe som betyr at den magnetiske permeabiliteten til permalloyen øker under strekking, og den gjenværende induktansen øker også. Hvis spenningen endres fra strekk til kompresjon, reverseres også tegnet på endringen i magnetiske parametere.

Årsaken til manifestasjonen av Villari-effekten av ferromagneter under deformasjon er som følger. Når en mekanisk spenning virker på en ferromagnet, endrer den domenestrukturen, det vil si at domenegrensene forskyves, magnetiseringsvektorene deres roterer. Dette ligner på å magnetisere kjernen med en strøm. Hvis disse prosessene har samme retning, øker den magnetiske permeabiliteten, hvis retningen til prosessene er motsatt, avtar den.

Villari-effekten er reversibel, derav navnet omvendt magnetostriktiv effekt… Effekten av direkte magnetostriksjon består i deformasjonen av en ferromagnet under påvirkning av et magnetfelt påført den, som også fører til en forskyvning av domenegrensene, til en rotasjon av vektorene til de magnetiske momentene, mens krystallgitteret av stoffet endrer sin energitilstand på grunn av en endring i likevektsavstandene til nodene, på grunn av forskyvning av atomene fra deres opprinnelige steder. Krystallgitteret deformeres slik at for noen prøver (jern, nikkel, kobolt, deres legeringer, etc.) når forlengelsen 0,01.

Så, magnetostriksjon — egenskapen til noen ferromagnetiske metaller og legeringer til å deformere (trekke seg sammen eller utvide) under magnetisering og omvendt å endre magnetisering under mekanisk deformasjon.

Dette fenomenet brukes til å implementere magnetostriktive resonatorer, der mekanisk resonans oppstår under påvirkning av vekslende magnetiske felt. Magnetostriktive resonatorer kan produseres for frekvenser opp til 100 kHz og enda høyere, og ved disse frekvensene finner de ulike anvendelser for frekvensstabilisering (ligner på piezoelektrisk kvarts) for mottak av ultralyd osv.

Fra synspunktet til den magnetoelastiske effekten kan materialet karakteriseres ved en slik parameter som koeffisient for magnetoelastisk susceptibilitet… Det er definert som forholdet mellom endringen i relativ magnetisk permeabilitet til et stoff og dets relative tøyning eller den påførte mekaniske spenningen. Og siden relativ endring i lengde og mekanisk spenning er relatert Hookes lov, så er koeffisientene relatert til hverandre ved Youngs modul:

Endringen i den magnetiske permeabiliteten til et materiale under dets deformasjon kan konverteres til et elektrisk signal ved bruk av induktiv måling (induktiv eller gjensidig induktiv konvertering).

Det er kjent at induktansen til en spole på en lukket magnetisk krets med konstant tverrsnitt er funnet av følgende formel:

Hvis nå den magnetiske kretsen er deformert ved påvirkning av en ekstern kraft, vil de geometriske dimensjonene og den magnetiske permeabiliteten til den magnetiske kretsen (spolekjernen) endres. Dermed endrer den mekaniske deformasjonen induktansen til spolen. Endringen i induktans kan beregnes ved å bruke differensiering:

Ferromagnetiske materialer med en svært uttalt Villari-effekt lar deg ta:

For gjensidig induktiv målekonvertering endres den gjensidige induktansen til spolene:

Villari-effekten brukes i moderne magneto-elastiske måletransduseresom lar deg måle betydelige krefter og trykk, mekaniske påkjenninger og deformasjoner i ulike objekter.