Villari effect, magnetoelastic effect — ang reverse phenomenon ng magnetostriction

Villari effect ipinangalan sa isang Italian physicist Emilio Villarina nakatuklas ng hindi pangkaraniwang bagay na ito noong 1865. Ang kababalaghan ay tinatawag ding magnetoelastic effect… Ang pisikal na kakanyahan nito ay nakasalalay sa pagbabago ng magnetic permeability, pati na rin ang nauugnay na magnetic properties ng ferromagnets sa panahon ng mekanikal na pagpapapangit ng mga sample na ginawa ng mga ferromagnets na ito. Ang gawain ay batay sa prinsipyong ito mga transduser sa pagsukat ng magneto-elastic.

Halimbawa, tingnan mo ng hysteresis loops permaloid at nickel sa ilalim ng mga kondisyon ng pagpapatakbo sa mga ispesimen na may mekanikal na stress na gawa sa mga materyales na ito. Kaya kapag ang isang nickel sample ay naunat, habang ang tensile stress ay tumataas, ang hysteresis loop ay tumagilid. Nangangahulugan ito na ang mas maraming nickel ay nakaunat, mas mababa ang magnetic permeability nito. Bumababa din ang tensile strength ng nickel. At ang permaloy ay kabaligtaran.

Kapag ang sample ng permalloy ay naunat, ang hugis ng hysteresis loop nito ay lumalapit sa isang hugis-parihaba, na nangangahulugan na ang magnetic permeability ng permalloy ay tumataas habang lumalawak, at ang natitirang inductance ay tumataas din. Kung ang stress ay nagbabago mula sa pag-igting hanggang sa compression, kung gayon ang pag-sign ng pagbabago sa mga magnetic parameter ay nababaligtad din.

Ang dahilan para sa pagpapakita ng epekto ng Villari ng mga ferromagnets sa ilalim ng pagpapapangit ay ang mga sumusunod. Kapag ang isang mekanikal na stress ay kumikilos sa isang ferromagnet, binabago nito ang istraktura ng domain nito, iyon ay, ang mga hangganan ng domain ay nagbabago, ang kanilang mga magnetization vector ay umiikot. Ito ay katulad ng pag-magnetize ng core na may kasalukuyang. Kung ang mga prosesong ito ay may parehong direksyon, pagkatapos ay ang magnetic permeability ay tumataas, kung ang direksyon ng mga proseso ay kabaligtaran, ito ay bumababa.

Ang epekto ng Villari ay nababaligtad, kaya ang pangalan nito reverse magnetostrictive effect… Ang epekto ng direktang magnetostriction ay binubuo sa pagpapapangit ng isang ferromagnet sa ilalim ng pagkilos ng isang magnetic field na inilapat dito, na humahantong din sa isang displacement ng mga hangganan ng domain, sa isang pag-ikot ng mga vectors ng magnetic moments, habang ang crystal lattice ng substansiya ay nagbabago ng estado ng enerhiya nito dahil sa pagbabago sa mga distansya ng ekwilibriyo ng mga node nito, dahil sa pag-aalis ng mga atomo mula sa kanilang orihinal na mga lugar. Ang kristal na sala-sala ay deformed upang para sa ilang mga sample (bakal, nikel, kobalt, ang kanilang mga haluang metal, atbp.) Ang pagpahaba ay umabot sa 0.01.

Kaya, magnetostriction — ang pag-aari ng ilang ferromagnetic metal at alloys upang mag-deform (kontrata o lumawak) sa panahon ng magnetization at, sa kabaligtaran, upang baguhin ang magnetization sa panahon ng mechanical deformation.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ginagamit upang ipatupad ang mga magnetostrictive resonator, kung saan ang mekanikal na resonance ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng mga alternating magnetic field. Ang mga magnetostrictive resonator ay maaaring gawin para sa mga frequency hanggang sa 100 kHz at mas mataas pa, at sa mga frequency na ito ay nakakahanap sila ng iba't ibang mga aplikasyon para sa frequency stabilization (katulad ng piezoelectric quartz) para sa pagtanggap ng ultrasound, atbp.

Mula sa punto ng view ng magnetoelastic effect, ang materyal ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng tulad ng isang parameter bilang koepisyent ng magnetoelastic suceptibility… Ito ay tinukoy bilang ang ratio ng pagbabago sa relatibong magnetic permeability ng isang substance sa relatibong strain nito o sa inilapat na mechanical stress. At dahil may kaugnayan ang relatibong pagbabago sa haba at mechanical stress Batas ni Hooke, kung gayon ang mga coefficient ay nauugnay sa bawat isa sa pamamagitan ng modulus ni Young:

Ang pagbabago sa magnetic permeability ng isang materyal sa panahon ng pagpapapangit nito ay maaaring ma-convert sa isang electrical signal gamit ang inductive measurement (inductive o mutual inductive conversion).

Ito ay kilala na ang inductance ng isang coil sa isang closed magnetic circuit ng pare-pareho ang cross-section ay matatagpuan sa pamamagitan ng sumusunod na formula:

Kung ngayon ang magnetic circuit ay deformed sa pamamagitan ng pagkilos ng ilang panlabas na puwersa, pagkatapos ay ang mga geometric na sukat at ang magnetic permeability ng magnetic circuit (coil core) ay magbabago. Kaya, ang mekanikal na pagpapapangit ay nagbabago sa inductance ng coil. Ang pagbabago sa inductance ay maaaring kalkulahin gamit ang pagkita ng kaibhan:

Ang mga ferromagnetic na materyales na may mataas na binibigkas na epekto ng Villari ay nagpapahintulot na kumuha ng:

Para sa conversion ng mutual inductive measurement, binago ang mutual inductance ng coils:

Ang Villari effect ay ginagamit sa modernong magneto-elastic measuring transducersna nagbibigay-daan sa iyo upang sukatin ang mga makabuluhang pwersa at presyon, mga mekanikal na stress at mga deformasyon sa iba't ibang mga bagay.