Efectul Villari, efectul magnetoelastic — fenomenul invers al magnetostricției

efect Villari numit după un fizician italian Emilio Villaricare a descoperit acest fenomen în 1865. Fenomenul mai este numit efect magnetoelastic… Esența sa fizică constă în schimbarea permeabilității magnetice, precum și în proprietățile magnetice asociate ale feromagneților în timpul deformării mecanice a probelor din acești feromagneți. Lucrarea se bazează pe acest principiu traductoare de măsurare magneto-elastice.

De exemplu, uite a buclelor de histerezis permaloid și nichel în condiții de funcționare pe specimene solicitate mecanic din aceste materiale. Deci, atunci când o probă de nichel este întinsă, pe măsură ce efortul de tracțiune crește, bucla de histerezis se înclină. Aceasta înseamnă că, cu cât nichelul este întins mai mult, cu atât permeabilitatea sa magnetică este mai mică. Rezistența la tracțiune a nichelului scade și ea. Și permaloy este opusul.

Când proba de permalloy este întinsă, forma buclei sale de histerezis se apropie de una dreptunghiulară, ceea ce înseamnă că permeabilitatea magnetică a permalloyului crește în timpul întinderii, iar inductanța reziduală crește și ea. Dacă tensiunea se schimbă de la tensiune la compresie, atunci semnul modificării parametrilor magnetici este și el inversat.

Motivul manifestării efectului Villari al feromagneților sub deformare este următorul. Când o solicitare mecanică acționează asupra unui feromagnet, acesta își schimbă structura domeniului, adică limitele domeniului se deplasează, vectorii lor de magnetizare se rotesc. Acest lucru este similar cu magnetizarea miezului cu un curent. Dacă aceste procese au aceeași direcție, atunci permeabilitatea magnetică crește, dacă direcția proceselor este opusă, aceasta scade.

Efectul Villari este reversibil, de unde și numele efect magnetostrictiv invers… Efectul magnetostricției directe constă în deformarea unui feromagnet sub acțiunea unui câmp magnetic aplicat acestuia, ceea ce duce și la o deplasare a limitelor domeniului, la o rotație a vectorilor momentelor magnetice, în timp ce rețeaua cristalină. a substanței își schimbă starea energetică datorită modificării distanțelor de echilibru ale nodurilor sale, datorită deplasării atomilor din locurile lor inițiale. Rețeaua cristalină este deformată astfel încât pentru unele probe (fier, nichel, cobalt, aliajele acestora etc.) alungirea ajunge la 0,01.

Asa de, magnetostricție — proprietatea unor metale și aliaje feromagnetice de a se deforma (contracta sau extinde) în timpul magnetizării și, dimpotrivă, de a modifica magnetizarea în timpul deformării mecanice.

Acest fenomen este folosit pentru implementarea rezonatoarelor magnetostrictive, unde rezonanța mecanică are loc sub acțiunea câmpurilor magnetice alternative. Rezonatoarele magnetostrictive pot fi fabricate pentru frecvențe de până la 100 kHz și chiar mai mari, iar la aceste frecvențe găsesc diverse aplicații pentru stabilizarea frecvenței (asemănătoare cuarțului piezoelectric) pentru recepția ultrasunetelor etc.

Din punct de vedere al efectului magnetoelastic, materialul poate fi caracterizat printr-un astfel de parametru ca coeficient de susceptibilitate magnetoelastică… Este definit ca raportul dintre modificarea permeabilității magnetice relative a unei substanțe și deformarea ei relativă sau efortul mecanic aplicat. Și deoarece modificarea relativă a lungimii și tensiunea mecanică sunt legate legea lui Hooke, atunci coeficienții sunt legați între ei prin modulul lui Young:

Modificarea permeabilității magnetice a unui material în timpul deformării acestuia poate fi convertită într-un semnal electric utilizând măsurarea inductivă (conversie inductivă sau inductivă reciprocă).

Se știe că inductanța unei bobine pe un circuit magnetic închis de secțiune transversală constantă se găsește prin următoarea formulă:

Dacă acum circuitul magnetic este deformat prin acțiunea unei forțe externe, atunci dimensiunile geometrice și permeabilitatea magnetică a circuitului magnetic (miezul bobinei) se vor modifica. Astfel, deformarea mecanică modifică inductanța bobinei. Modificarea inductanței poate fi calculată folosind diferențierea:

Materialele feromagnetice cu efect Villari foarte pronunțat permit luarea:

Pentru conversia de măsurare inductivă reciprocă, inductanța reciprocă a bobinelor este modificată:

Efectul Villari este utilizat în traductoarele de măsurare magneto-elastice modernecare vă permit să măsurați forțe și presiuni semnificative, solicitări mecanice și deformații în diverse obiecte.