Magnetorestricción: Katangian sa mga Materyales nga Magnetic
Ang magnetostriction mao ang katangian sa pipila ka mga magnetic nga materyales nga nagpapahimo nimo ngadto sa pagbag-o sa ilang hugpong o dimensyon kung sila mag-magnetize pinaagi sa eksternal magnetic field. Ang pagbag-o sa gidak-on o haba sa materyal pinaagi sa magnetostriction depende sa kadaghan ug direksyon sa gipasabot magnetic field, sama sa magnetic anisotropy ug crystal structure sa materyal.
Ang magnetostriction mahimong gamiton aron mopag-convert og electromagnetic energy ngadto sa mechanical energy, o vice versa, ug ang pundok para sa daghang aplikasyon sama sa actuators, sensors, transducers, transformers, motors, ug generators.
Unsa ang Magnetostriction?
Ang magnetostriction midaog paingon ni James Joule niadtong 1842 kung diin siya nagobserba nga ang iron rod gibag-o gamay kung gi-magnetize padulong sa iyang haba, ug gitigom gamay kung gi-magnetize padulong sa iyang lapad. Kini nga phenomenon nailhan isip epekto ni Joule, ug maoy nahitabo sa pipila ka ferromagnetic materials (materyales nga mahimo mog-magnetize pinaagi sa eksternal field) ug pipila ka ferrimagnetic materials (materyales nga adunay duha ka opposite magnetic sublattices).
Ang pisikal nga mekanismo sa magnetostriction adunay kalabutan sa internal structure sa magnetic nga materyales, nga gisulayan sa microscopic regions nga gitawag og domains. Apan domain adunay uniform magnetization direction, nga gihatagan pinaagi sa balanse sa magnetic anisotropy energy (ang tendencia sa materyal nga mag-align sa iyang magnetization padulong sa certain crystal directions) ug magnetostatic energy (ang tendencia sa materyal nga mobag-o sa iyang magnetic poles).
Kung gi-apli sa eksternal magnetic field sa magnetic nga materyal, ipasabot kini usa ka torque sa domains, nagbutang sila sa pag-rotate ug mag-align sa field direction. Kini nga proseso adunay kalabutan sa pag-move sa domain walls (ang boundaries sa domains nga adunay lain-lain nga magnetization directions) ug deformation sa crystal lattice (ang arrangement sa atoms sa materyal). Isip resulta, ang materyal magbag-o sa iyang hugpong o dimensyon sumala sa iyang magnetostrictive strain (ang fractional change sa haba o volume pinaagi sa magnetostriction).
Ang magnetostrictive strain depende sa pipila ka factors, sama sa:
Ang magnitude ug direksyon sa gipasabot nga magnetic field
Ang saturation magnetization (ang maximum possible magnetization) sa materyal
Ang magnetic anisotropy (ang preference para sa certain magnetization directions) sa materyal
Ang magnetoelastic coupling (ang interaksiyon sa pagitan sa magnetization ug elastic strain) sa materyal
Ang temperatura ug stress state sa materyal
Ang magnetostrictive strain mahimong positive o negative, depende kung ang materyal magbago o magtigom kung gi-magnetize. Pipila ka materyales nagpakita og reversal sa sign sa ilang magnetostrictive strain kung gipakita sa taas na magnetic fields, nga nailhan isip Villari reversal.
Ang magnetostrictive strain mahimong sukdan pinaagi sa pipila ka metodos, sama sa optical interferometry, strain gauges, piezoelectric transducers, o resonant techniques. Ang pinaka common parameter nga gigamit aron karakterihon ang magnetostriction mao ang magnetostriction coefficient (usab gitawag og Joule’s coefficient), nga gidefine isip:
λ=LΔL
kung diin ΔL mao ang pagbag-o sa haba sa materyal kung gi-magnetize gikan sa zero hangtod sa saturation, ug L mao ang unang haba.
Magnetostrictive Materials
Adunay pipila ka materyales nga nagpakita og magnetostriction, apan pipila ka dili mas daghan ug mas maayo ang performance kay sa uban. Pipila ka examples sa magnetostrictive materials mao ang:
Iron: Iron mao ang pipila ka common ug widely used magnetostrictive materials, tungod sa iyang high saturation magnetization ug low cost. Apan, ang iron usab adunay pipila ka disadvantages, sama sa low magnetostriction coefficient (about 20 ppm), high hysteresis loss (ang energy dissipated during each cycle of magnetization), ug high eddy current loss (ang energy dissipated due to induced currents in conductive materials in the material). Ang iron usab adunay low Curie temperature (ang temperatura sa ibabaw kung diin ang materyal mogwagtang sa iyang ferromagnetic properties), nga limita ang iyang paggamit sa high-temperature applications.
Nickel: Nickel adunay mas taas nga magnetostriction coefficient kay iron (about 60 ppm), apan usab adunay mas taas nga hysteresis loss ug eddy current loss. Nickel usab adunay low Curie temperature (about 360 °C) ug prone to corrosion.
Cobalt: Cobalt adunay moderate magnetostriction coefficient (about 30 ppm), apan adunay taas nga saturation magnetization ug taas nga Curie temperature (about 1120 °C). Cobalt usab adunay low hysteresis loss ug eddy current loss, making it suitable for high-frequency applications.
Iron-Aluminum Alloy (Alfer): Kini nga alloy adunay taas nga magnetostriction coefficient (about 100 ppm), taas nga saturation magnetization, ug taas nga Curie temperature (about 800 °C). Adunay usab kini nga low hysteresis loss ug eddy current loss, ug good mechanical properties. Apan, komplikado kini nga fabricate ug nanginahanglan og special heat treatment.
Iron-Nickel Alloy (Permalloy): Kini nga alloy adunay low magnetostriction coefficient (about 1 ppm), apan adunay taas nga saturation magnetization ug taas nga permeability (ang ability sa materyal nga support an internal magnetic field). Adunay usab kini nga low hysteresis loss ug eddy current loss, making it ideal for magnetic shielding ug recording applications.
Cobalt-Nickel Alloy: Kini nga alloy adunay moderate magnetostriction coefficient (about 20 ppm), apan adunay taas nga saturation magnetization ug taas nga Curie temperature (about 950 °C). Adunay usab kini nga low hysteresis loss ug eddy current loss, ug good corrosion resistance.
Iron-Cobalt Alloy: Kini nga alloy adunay moderate magnetostriction coefficient (about 30 ppm), apan adunay very high saturation magnetization ug taas nga Curie temperature (about 980 °C). Adunay usab kini nga low hysteresis loss ug eddy current loss, ug good mechanical properties.
Cobalt-Iron-Vanadium Alloy (Permendur): Kini nga alloy adunay low magnetostriction coefficient (about 5 ppm), apan adunay very high saturation magnetization ug very high Curie temperature (about 1400 °C). Adunay usab kini nga low hysteresis loss ug eddy current loss, making it suitable for high-power applications.
Ferrites: Ferrites mao ang ceramic materials composed of iron oxides ug other metal oxides, sama sa cobalt oxide or nickel oxide. Adunay kini nga low magnetostriction coefficients (less than 10 ppm), apan usab adunay low saturation magnetization ug low permeability. Adunay very low hysteresis loss ug eddy current loss, making them ideal for high-frequency applications. Adunay usab kini nga high Curie temperatures (above 400 °C) ug good corrosion resistance.
Rare Earths: Rare earths mao ang elements with atomic numbers from 57 to 71, sama sa lanthanum, cerium, neodymium, samarium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium or lutetium. Adunay kini nga very high magnetostriction coefficients (up to 1000 ppm), apan usab adunay very high hysteresis loss ug eddy current loss. Adunay moderate saturation magnetization ug permeability, apan low Curie temperatures (below 300 °C). Adunay kini nga often used in combination with other metals or compounds to form alloys or intermetallics with improved properties.
Terfenol-D: Terfenol-D mao ang intermetallic compound composed of terbium, iron, ug dysprosium. Adunay kini nga highest magnetostriction coefficient ever recorded (about 2000 ppm), which means that it can produce very large strains when magnetized. Adunay kini nga high saturation magnetization ug high Curie temperature (about 380 °C). Apan, adunay kini nga very high hysteresis loss ug eddy current loss, which limits its efficiency ug frequency range. Nanginahanglan kini og high magnetic field (about 800 kA/m) to reach its maximum strain, which increases its power consumption ug cost.
Galfenol: Galfenol mao ang alloy of iron ug gallium, with a composition of about Fe81Ga19. Adunay kini nga moderate magnetostriction coefficient (about 250 ppm), apan adunay very low hysteresis loss ug eddy current loss, which make it more efficient
