Kesan Villari, kesan magnetoelastik — fenomena kebalikan magnetostriction

Kesan Villari dinamakan sempena ahli fizik Itali Emilio Villariyang menemui fenomena ini pada tahun 1865. Fenomena ini juga dipanggil kesan magnetoelastik… Intipati fizikalnya terletak pada perubahan kebolehtelapan magnetik, serta sifat magnetik yang berkaitan dengan feromagnet semasa ubah bentuk mekanikal sampel yang diperbuat daripada feromagnet ini. Kerja ini berdasarkan prinsip ini transduser pengukur magneto-anjal.

Sebagai contoh, lihat daripada gelung histerisis permaloid dan nikel di bawah keadaan operasi pada spesimen bertekanan mekanikal yang diperbuat daripada bahan-bahan ini. Jadi apabila sampel nikel diregangkan, apabila tegasan tegangan meningkat, gelung histerisis condong. Ini bermakna bahawa lebih banyak nikel diregangkan, lebih rendah kebolehtelapan magnetnya. Kekuatan tegangan nikel juga berkurangan. Dan permaloy adalah sebaliknya.

Apabila sampel permalloy diregangkan, bentuk gelung histerisisnya menghampiri segi empat tepat, yang bermaksud bahawa kebolehtelapan magnet permalloy meningkat semasa regangan, dan kearuhan baki juga meningkat. Jika tegasan berubah daripada tegangan kepada mampatan, maka tanda perubahan dalam parameter magnet juga diterbalikkan.

Sebab bagi manifestasi kesan Villari ferromagnet di bawah ubah bentuk adalah seperti berikut. Apabila tegasan mekanikal bertindak pada ferromagnet, ia mengubah struktur domainnya, iaitu, sempadan domain beralih, vektor magnetisasi mereka berputar. Ini sama dengan memanetkan teras dengan arus. Jika proses ini mempunyai arah yang sama, maka kebolehtelapan magnet meningkat, jika arah proses bertentangan, ia berkurangan.

Kesan Villari boleh diterbalikkan, oleh itu namanya kesan magnetostriktif terbalik… Kesan magnetostriction langsung terdiri daripada ubah bentuk ferromagnet di bawah tindakan medan magnet yang dikenakan padanya, yang juga membawa kepada anjakan sempadan domain, kepada putaran vektor momen magnet, manakala kekisi kristal daripada bahan berubah keadaan tenaganya disebabkan oleh perubahan dalam jarak keseimbangan nodnya, disebabkan oleh sesaran atom dari tempat asalnya. Kekisi kristal berubah bentuk supaya untuk beberapa sampel (besi, nikel, kobalt, aloi mereka, dll.) pemanjangan mencapai 0.01.

Jadi, magnetostriction — sifat beberapa logam feromagnetik dan aloi untuk berubah bentuk (mengecut atau mengembang) semasa magnetisasi dan, sebaliknya, menukar kemagnetan semasa ubah bentuk mekanikal.

Fenomena ini digunakan untuk melaksanakan resonator magnetostrictive, di mana resonans mekanikal berlaku di bawah tindakan medan magnet berselang-seli. Resonator magnetostrictive boleh dihasilkan untuk frekuensi sehingga 100 kHz dan lebih tinggi, dan pada frekuensi ini mereka menemui pelbagai aplikasi untuk penstabilan frekuensi (serupa dengan kuarza piezoelektrik) untuk menerima ultrasound, dsb.

Dari sudut pandangan kesan magnetoelastik, bahan boleh dicirikan oleh parameter seperti pekali kerentanan magnetoelastik… Ia ditakrifkan sebagai nisbah perubahan dalam kebolehtelapan magnet relatif sesuatu bahan kepada terikan relatifnya atau kepada tegasan mekanikal yang dikenakan. Dan kerana perubahan relatif dalam panjang dan tegasan mekanikal adalah berkaitan undang-undang Hooke, maka pekali berkaitan antara satu sama lain oleh modulus Young:

Perubahan dalam kebolehtelapan magnet bahan semasa ubah bentuknya boleh ditukar menjadi isyarat elektrik menggunakan ukuran induktif (penukaran induktif atau saling induktif).

Adalah diketahui bahawa induktansi gegelung pada litar magnet tertutup keratan rentas malar didapati dengan formula berikut:

Jika kini litar magnet dicacatkan oleh tindakan beberapa daya luaran, maka dimensi geometri dan kebolehtelapan magnet litar magnet (teras gegelung) akan berubah. Oleh itu, ubah bentuk mekanikal mengubah induktansi gegelung. Perubahan dalam induktansi boleh dikira menggunakan pembezaan:

Bahan feromagnetik dengan kesan Villari yang sangat ketara membolehkan untuk mengambil:

Untuk penukaran ukuran induktif bersama, induktansi bersama gegelung diubah:

Kesan Villari digunakan dalam transduser pengukur magneto-anjal modenyang membolehkan anda mengukur daya dan tekanan yang ketara, tegasan mekanikal dan ubah bentuk dalam pelbagai objek.