Villari-effekt, magnetoelastisk effekt - det omvendte fænomen af ​​magnetostriktion

Villari effekt opkaldt efter en italiensk fysiker Emilio Villarider opdagede dette fænomen i 1865. Fænomenet kaldes også magnetoelastisk effekt… Dens fysiske essens ligger i ændringen af ​​magnetisk permeabilitet, såvel som de tilhørende magnetiske egenskaber af ferromagneter under mekanisk deformation af prøver lavet af disse ferromagneter. Arbejdet er baseret på dette princip magneto-elastiske måletransducere.

Se for eksempel af hysterese loops permaloid og nikkel under driftsforhold på mekanisk belastede prøver fremstillet af disse materialer. Så når en nikkelprøve strækkes, når trækspændingen øges, vipper hystereseløkken. Det betyder, at jo mere nikkel strækkes, jo lavere er dens magnetiske permeabilitet. Trækstyrken af ​​nikkel falder også. Og permaloy er det modsatte.

Når permalloy-prøven strækkes, nærmer formen af ​​dens hysterese-løkke sig en rektangulær, hvilket betyder, at den magnetiske permeabilitet af permalloyen øges under strækning, og den resterende induktans øges også. Hvis spændingen ændres fra spænding til kompression, så vendes tegnet på ændringen i magnetiske parametre også.

Årsagen til manifestationen af ​​Villari-effekten af ​​ferromagneter under deformation er som følger. Når en mekanisk spænding virker på en ferromagnet, ændrer den dens domænestruktur, det vil sige, at domænegrænserne skifter, deres magnetiseringsvektorer roterer. Dette svarer til at magnetisere kernen med en strøm. Hvis disse processer har samme retning, så øges den magnetiske permeabilitet, hvis retningen af ​​processerne er modsat, falder den.

Villari-effekten er reversibel, deraf navnet omvendt magnetostriktiv effekt… Virkningen af ​​direkte magnetostriktion består i deformationen af ​​en ferromagnet under påvirkning af et magnetfelt påført den, hvilket også fører til en forskydning af domænegrænserne, til en rotation af vektorerne af de magnetiske momenter, mens krystalgitteret af stoffet ændrer sin energitilstand på grund af en ændring i ligevægtsafstandene af dets noder, på grund af forskydning af atomerne fra deres oprindelige steder. Krystalgitteret er deformeret, så for nogle prøver (jern, nikkel, kobolt, deres legeringer osv.) forlængelsen når 0,01.

Så, magnetostriktion - egenskaben hos nogle ferromagnetiske metaller og legeringer til at deformere (sammentrække sig eller udvide) under magnetisering og omvendt at ændre magnetisering under mekanisk deformation.

Dette fænomen bruges til at implementere magnetostriktive resonatorer, hvor mekanisk resonans opstår under påvirkning af vekslende magnetiske felter. Magnetostriktive resonatorer kan fremstilles til frekvenser op til 100 kHz og endnu højere, og ved disse frekvenser finder de forskellige anvendelser til frekvensstabilisering (svarende til piezoelektrisk kvarts) til modtagelse af ultralyd mv.

Fra den magnetoelastiske effekts synspunkt kan materialet karakteriseres ved en sådan parameter som koefficient for magnetoelastisk følsomhed… Det er defineret som forholdet mellem ændringen i relativ magnetisk permeabilitet af et stof og dets relative belastning eller til den påførte mekaniske belastning. Og da relativ ændring i længde og mekanisk belastning er relateret Hookes lov, så er koefficienterne relateret til hinanden ved Youngs modul:

Ændringen i den magnetiske permeabilitet af et materiale under dets deformation kan konverteres til et elektrisk signal ved hjælp af induktiv måling (induktiv eller gensidig induktiv konvertering).

Det er kendt, at induktansen af ​​en spole på et lukket magnetisk kredsløb med konstant tværsnit findes ved følgende formel:

Hvis nu det magnetiske kredsløb deformeres ved påvirkning af en ekstern kraft, så vil de geometriske dimensioner og den magnetiske permeabilitet af det magnetiske kredsløb (spolekerne) ændre sig. Således ændrer den mekaniske deformation spolens induktans. Ændringen i induktans kan beregnes ved hjælp af differentiering:

Ferromagnetiske materialer med en meget udtalt Villari-effekt gør det muligt at tage:

For gensidig induktiv målekonvertering ændres spolernes gensidige induktans:

Villari-effekten bruges i moderne magneto-elastiske måletransduceresom giver dig mulighed for at måle betydelige kræfter og tryk, mekaniske spændinger og deformationer i forskellige objekter.