אפקט וילארי, אפקט מגנואלסטי - התופעה ההפוכה של מגנטוסטרציה

אפקט וילארי נקרא על שם פיזיקאי איטלקי אמיליו ויארישגילה תופעה זו בשנת 1865. התופעה נקראת גם אפקט מגנואלסטי... המהות הפיזית שלו טמונה בשינוי של חדירות מגנטית, כמו גם בתכונות המגנטיות הקשורות של פרומגנטים במהלך דפורמציה מכנית של דגימות העשויות מפרומגנטים אלה. העבודה מבוססת על עיקרון זה מתמרי מדידה מגנטו אלסטיים.

לדוגמה, תראה של לולאות היסטרזיס פרמלואיד וניקל בתנאי הפעלה על דגימות לחוצות מכני העשויות מחומרים אלו. אז כאשר דגימת ניקל נמתחת, ככל שמתח המתיחה עולה, לולאת ההיסטרזיס נוטה. המשמעות היא שככל שנמתח יותר ניקל, החדירות המגנטית שלו נמוכה יותר. חוזק המתיחה של ניקל יורד אף הוא. ופרמלוי זה ההפך.

כאשר דוגמת הפרמלוי נמתחת, צורת לולאת ההיסטרזיס שלו מתקרבת לצורת מלבנית, כלומר החדירות המגנטית של הפרמאללוי עולה במהלך המתיחה, וגם השראות השיורית עולה. אם הלחץ משתנה ממתח לדחיסה, סימן השינוי בפרמטרים המגנטיים גם הוא הפוך.

הסיבה לביטוי של אפקט וילארי של פרומגנטים תחת דפורמציה היא כדלקמן. כאשר מתח מכני פועל על פרומגנט, הוא משנה את מבנה התחום שלו, כלומר, גבולות התחום משתנים, וקטורי המגנטיזציה שלהם מסתובבים. זה דומה למגנטת הליבה באמצעות זרם. אם לתהליכים אלו יש את אותו כיוון, אז החדירות המגנטית עולה, אם כיוון התהליכים הפוך, היא יורדת.

אפקט וילארי הפיך ומכאן שמו אפקט מגנטוסטריקטי הפוך… ההשפעה של מגנטוהיצרה ישירה מורכבת מעיוות של פרומגנט תחת פעולת שדה מגנטי המופעל עליו, מה שמוביל גם לעקירה של גבולות התחום, לסיבוב של הווקטורים של המומנטים המגנטיים, בעוד סריג הגביש של החומר משנה את מצב האנרגיה שלו עקב שינוי במרחקי שיווי המשקל של הצמתים שלו, עקב עקירה של האטומים ממקומותיהם המקוריים. סריג הקריסטל מעוות כך שבדגימות מסוימות (ברזל, ניקל, קובלט, סגסוגותיהם וכו') ההתארכות מגיעה ל-0.01.

כך, magnetostriction - התכונה של כמה מתכות פרומגנטיות וסגסוגות לעוות (להתכווץ או להתרחב) במהלך המגנטיזציה, ולהפך, לשנות את המגנטיזציה במהלך דפורמציה מכנית.

תופעה זו משמשת ליישום מהודים מגנטוסטריקטיבים, כאשר תהודה מכנית מתרחשת תחת פעולת שדות מגנטיים מתחלפים. ניתן לייצר מהודים מגנטוסטריקטיבים לתדרים של עד 100 קילוהרץ ואף יותר, ובתדרים אלו הם מוצאים יישומים שונים לייצוב תדרים (בדומה לקוורץ פיזואלקטרי) לקבלת אולטרסאונד וכו'.

מנקודת המבט של האפקט המגנואלסטי, החומר יכול להיות מאופיין על ידי פרמטר כמו מקדם רגישות מגנטואלסטית... הוא מוגדר כיחס בין השינוי בחדירות המגנטית היחסית של חומר למתח היחסי שלו או למתח המכני המופעל. ומכיוון ששינוי יחסי באורך ומתח מכני קשורים חוק הוק, אז המקדמים קשורים זה לזה לפי המודולוס של יאנג:

ניתן להמיר את השינוי בחדירות המגנטית של חומר במהלך העיוות שלו לאות חשמלי באמצעות מדידה אינדוקטיבית (המרה אינדוקטיבית או הדדית).

ידוע שההשראות של סליל על מעגל מגנטי סגור של חתך קבוע נמצא בנוסחה הבאה:

אם כעת המעגל המגנטי מעוות על ידי פעולה של כוח חיצוני כלשהו, ​​אזי הממדים הגיאומטריים והחדירות המגנטית של המעגל המגנטי (ליבת הסליל) ישתנו. לפיכך, העיוות המכני משנה את השראות הסליל. ניתן לחשב את השינוי בהשראות באמצעות בידול:

חומרים פרומגנטיים עם אפקט וילארי בולט מאוד מאפשרים לקחת:

עבור המרת מדידה אינדוקטיבית הדדית, השראות ההדדית של הסלילים משתנה:

אפקט Villari משמש במתמרי מדידה מגנטו-אלסטיים מודרנייםהמאפשרים למדוד כוחות ולחצים משמעותיים, מתחים מכניים ועיוותים בעצמים שונים.