Magnetokontrakcio: Eco de Magnetaj Materialoj
Magnetostricteco estas difinita kiel propraĵo de iuj magnetaj materialoj, kiuj kaŭzas ŝanĝon de ilia formo aŭ dimensioj, kiam ili estas magnetizitaj per ekstera magnetaj kampoj. La ŝanĝo en grando aŭ longeco de materialo pro magnetostricteco dependas de la forto kaj direkto de la aplikata magneta kampo, same kiel la magnetan anizotropio kaj kristalstrukturo de la materialo.
Magnetostricteco povas esti uzita por konverti elektromagnetan energion en mekanikan energion, aŭ inverse, kaj estas bazo por multaj aplikoj, kiel aktuatoroj, detektiloj, transdutoroj, transformiloj, motoroj, kaj generatoroj.
Kio estas Magnetostricteco?
Magnetostrictecon unuafoje malkovris James Joule en 1842, kiam li rimarkis, ke ferrosta bastono malpligrandigis iomete, kiam ĝi estis magnetizita laŭ sia longeco, kaj mallongiĝis iomete, kiam ĝi estis magnetizita tra sia larĝo. Tiu fenomeno estas konata kiel efekto de Joule, kaj ĝi okazas en plejmulto de feromagnetaj materialoj (materialoj, kiuj povas esti magnetizitaj per ekstera kampo) kaj kelkaj ferrimagnezaj materialoj (materialoj, kiuj havas du kontraŭajn magnetajn subretojn).
La fizika mekanismo malantaŭ magnetostricteco rilatas al la interna strukturo de magnetaj materialoj, kiu konsistas el mikroskopaj regionoj nomitaj domenoj. Ĉiu domeno havas uniforman magnetan direkton, kiu estas determinita de la ekvilibro inter la magnetan anizotropia energio (la tendenco de la materialo aligi sian magnetigon laŭ certaj kristaldirektoj) kaj la magnetostatika energio (la tendenco de la materialo minimumigi siajn magnetajn poluso).
Kiam ekstera magneta kampo estas aplikita al magnetmaterialo, ĝi eksertas momenton sur la domenojn, kaj tiuj turniĝas kaj aliniĝas kun la direkto de la kampo. Tiu procezo envolvas moviĝon de domenolimaroj (la baroj inter domenoj kun diversaj magnetaj direktoj) kaj deformacion de la kristalreto (la aranĝo de atomoj en la materialo). Kiel rezulto, la materialo ŝanĝas sian formon aŭ dimensiojn laŭ sia magnetostricca streĉo (la frakcia ŝanĝo en longeco aŭ volumeno pro magnetostricteco).
La magnetostricca streĉo dependas de pluraj faktoroj, kiel:
La grandeco kaj direkto de la aplikata magneta kampo
La saturiga magnetigo (la maksimuma ebla magnetigo) de la materialo
La magneta anizotropio (la prefero por certaj magnetaj direktoj) de la materialo
La magnetoelasta kunligo (la interago inter magnetigo kaj elaststreĉo) de la materialo
La temperaturo kaj streĉstaton de la materialo
La magnetostricca streĉo povas esti pozitiva aŭ negativa, depende de ĉu la materialo dilatiĝas aŭ kontraktiĝas, kiam ĝi estas magnetizita. Iuj materialoj montras inversigon de signo de sia magnetostricca streĉo, kiam ili estas espostitaj al altaj magnetaj kampoj, kio estas konata kiel inversigo de Villari.
La magnetostricca streĉo povas esti mezurata per diversaj metodoj, kiel optika interferometrio, streĉgaŭjoj, piezoelektraj transdutoroj, aŭ resonantaj teknikoj. La plej komuna parametro uzata por karakterizi magnetostrictecon estas la magnetostricca koeficiento (ankaŭ nomata kiel koeficiento de Joule), kiu estas difinita kiel:
λ=LΔL
kie ΔL estas la ŝanĝo en longeco de materialo, kiam ĝi estas magnetizita de nul ĝis saturado, kaj L estas ĝia komenca longeco.
Magnetostricaj Materialoj
Estas multaj materialoj, kiuj montras magnetostrictecon, sed kelkaj el ili havas pli altajn valorojn kaj pli bonan performadon ol aliaj. Iuj ekzemploj de magnetostricaj materialoj estas:
Ferro: Ferro estas unu el la plej komunaj kaj vaste uzataj magnetostricaj materialoj, pro sia alta saturiga magnetigo kaj malalta kostprezo. Tamen, ferro ankaŭ havas iujn nedevindajojn, kiel malalta magnetostricca koeficiento (ĉirkaŭ 20 ppm), alta histeresa perdo (la energia disipado dum ĉiu ciklo de magnetigo), kaj alta eddy kuranta perdo (la energia disipado pro induktitaj kurantoj en kondukaj materialoj en la materialo). Ferro ankaŭ havas malaltan Curie-temperaturon (la temperaturon super kiu materialo perdas sian feromagnetan propraĵojn), kio limigas ĝian uzon en alte-tempaj aplikoj.
Nikelo: Nikelo havas pli altan magnetostriccan koeficienton ol ferro (ĉirkaŭ 60 ppm), sed ankaŭ pli altan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon. Nikelo ankaŭ havas malaltan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 360 °C) kaj estas ema al korozio.
Kobalto: Kobalto havas moderan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 30 ppm), sed altan saturigan magnetigon kaj altan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 1120 °C). Kobalto ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kio igas ĝin taŭga por alta-frekvancaj aplikoj.
Fer-Alumini-aliumo (Alfer): Tiu aliumo havas altan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 100 ppm), altan saturigan magnetigon, kaj altan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 800 °C). Ĝi ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kaj bonajn mekanikajn ecojn. Tamen, ĝi estas malfacile fabrikenda kaj postulas specialan varme-traktadon.
Fer-Nikel-aliumo (Permalloy): Tiu aliumo havas malaltan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 1 ppm), sed altan saturigan magnetigon kaj altan permeablecon (la kapablon de materialo subteni internan magnetan kampon). Ĝi ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kio igas ĝin ideala por magnetaj blindadoj kaj registraj aplikoj.
Kobalto-Nikel-aliumo: Tiu aliumo havas moderan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 20 ppm), sed altan saturigan magnetigon kaj altan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 950 °C). Ĝi ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kaj bonan koroziecan resistancon.
Fer-Kobalto-aliumo: Tiu aliumo havas moderan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 30 ppm), sed tre altan saturigan magnetigon kaj altan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 980 °C). Ĝi ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kaj bonajn mekanikajn ecojn.
Kobalto-Fer-Vanadio-aliumo (Permendur): Tiu aliumo havas malaltan magnetostriccan koeficienton (ĉirkaŭ 5 ppm), sed tre altan saturigan magnetigon kaj tre altan Curie-temperaturon (ĉirkaŭ 1400 °C). Ĝi ankaŭ havas malaltan histeresan perdon kaj eddy kurantan perdon, kio igas ĝin taŭga por alta-potentecaj aplikoj.
Ferritoj: Ferritoj estas keramikaj materialoj komponitaj el feroksidoj kaj aliaj metalksidoj, kiel kobalto-oksidaj aŭ nikelo-oksidaj. Ili havas malaltajn magnetostriccocientojn (malpli ol 10 ppm), sed ankaŭ malaltajn saturigajn magnetigojn kaj malaltajn permeablecojn. Ili havas tre malaltajn histeresajn perdojn kaj eddy kurantajn perdojn, kio igas ilin ideala por alta-frekvancaj aplikoj. Ili ankaŭ havas altajn Curie-temperaturojn (supre 400 °C) kaj bonan koroziecan resistancon.
