Magnetostriction: Achar Mhagntach na nIonchórais Megnéacha
Tá magnetostriction in ainmniú mar idirghníomhaíocht ábhar comhshóiteachta iad atá in ann athrú ar an gcruth nó ar na míreanna uimhríochta nuair a mhágnaítear iad trí réimsí réimse mhágnetach. Bhíonn an athrú ar an méid nó ar an mionchroí de bhun ábhair mar gheall ar an ngné shóiteachta ag brath ar láidreamh agus treo an réimse mhágnetach a chuirtear isteach, agus ar an gcomhshóiteacht mhágnetach agus ar struchtúr chrístail an ábhair.
Is féidir leis an magnetostriction an t-energie eilectromagnteach a athrú go for éigeantach, nó ar an mbealach eile, agus is é an bunús do go leor feidhmeanna cosúil le hinstitiúidí, saincheimeanna, transductóirí, transformaithe, móitire, agus gnitrigh.
Cad é Magnetostriction?
Fuair James Joule ar an magnetostriction den chéad uair i 1842 nuair a thomhais sé go raibh meastán iarann ag síneadh go laighe nuair a mhágnaíodh é ar a fhaid, agus ag laghdú go laighe nuair a mhágnaíodh é tríd a leitheid. Tugtar an tionchar seo ainm as Joule’s effect, agus tarlaíonn sé i ndán ábhar fherromagnteach (ábhair a dhéanann a mhágnaíocht trí réimse mhágnetach) agus roinnt ábhair ferrimagnteach (ábhair atá faoi dhá suíomh mhágnetach).
Tá an modh fisiceach taobh thiar de magnetostriction bainteach le struchtúr intíre ábhar magnteach, a chuidíonn le réigiún íoctoscóipacha a dtugtar domhain. Tá aon treo mhágnetach seasta ag gach domhain, a dheimhnítear trí chumas idir an t-energie comhshóiteachta mhágnetach (an t-eolas a bhfuil ag an ábhar a chur ar a mhágnetacht de réir treo chrístail) agus an t-energie magnetostatach (an t-eolas a bhfuil ag an ábhar a laghdú ar a bpolaí magnteach).
Nuair a chuirtear réimse mhágnetach isteach ar ábhar magnteach, cuireann sé torcas ar na domhain, agus cuireann sé orthu rothlú agus a líníú le treo an réimse. Ina chuid de an próiseas seo, cuireann sé i bhfeidhm bogadh teorainn domhain (na teorainne idir domhain le treo mhágnetach éagsúil) agus an déformation chrístail (an t-ordú átóm sa ábhar). Mar thoradh, athraíonn an ábhar a cruth nó a míreanna de réir a magnetostrictive strain (an athrú fraccionach ar an mhoill nó ar an umhacht de bhun magnetostriction).
Bhíonn an magnetostrictive strain ag brath ar roinnt fadtéarmaí, cosúil le:
An láidreamh agus treo an réimse mhágnetach a chuirtear isteach
An mhágnetach satúrach (an mhágnetach is airde a bhféadfadh a bheith ann) an ábhair
An comhshóiteacht mhágnetach (an mol an t-ádh ar treo mhágnetach áirithe) an ábhair
An gcomhghníomhaíocht magnetoelastic (an gcomhghníomhaíocht idir mhágnetach agus strain éigeantach) an ábhair
An témpdáil agus staid streach an ábhair
Bhíonn an magnetostrictive strain dearfach nó diúltach, ag brath ar an ábhar a síneadh nó a laghdú nuair a mhágnaítear. Tá roinnt ábhar a léiríonn an Villari reversal nuair a chuirtear réimsí mhágnetach airde orthu, rud a bhíonn ag rá go bhfuil an magnetostrictive strain ag athrú a shín.
Is féidir leis an magnetostrictive strain a tomhas le bealaí éagsúla, cosúil le héitearitéireacht óptach, strain gauges, transductóirí piezoelectric, nó modhanna résonant. Is é an paraméadar is coitianta a úsáidtear chun magnetostriction a charachtarú ná an magnetostriction coefficient (a dtugtar freisin Joule’s coefficient air), a dtángthear amach mar:
λ=LΔL
áit a bhfuil ΔL an athrú ar an hoill de bhun ábhair nuair a mhágnaítear ó zero go dtí satúrach, agus L a hollt tosaigh.
Ábhair Magnetostrictive
Tá go leor ábhar a léiríonn magnetostriction, ach tá roinnt acu a bhfuil luachanna níos airde agus feidhmiú níos fearr ná a chéile. Seo roinnt samplaí de ábhair magnetostrictive:
Iarann: Is é an iarann ceann de na hábhair magnetostrictive is coitianta agus is minic a úsáidtear, mar gheall ar a mhágnetach satúrach agus a chost eagriomhach. Ach, tá roinnt lochtanna ag iarann, cosúil le magnetostriction coefficient (c. 20 ppm), costas hysteresis loss (an t-energie a chuirtear amú le gach ciorcal mhágnetach), agus costas eddy current (an t-energie a chuirtear amú de bharr an currents indaithe sa ábhar). Tá teocht Curie íseal ag iarann (an teocht os a chionn a bhfuil an ábhar ag cailliúint a ferromagnetic properties), rud a chuirionn teorainn ar a úsáid i feidhmeanna arda-teocht.
Nícéal: Tá magnetostriction coefficient níos airde ag nícéal ná ag iarann (c. 60 ppm), ach tá hysteresis loss agus eddy current loss níos airde freisin. Tá teocht Curie íseal ag nícéal (c. 360 °C) agus is dócha a bheith saoire.
Cobalt: Tá magnetostriction coefficient (c. 30 ppm) módúil ag cobalt, ach tá mhágnetach satúrach agus teocht Curie (c. 1120 °C) ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal ag cobalt, rud a dhéanann é oiriúnach do feidhmeanna ard-freisin.
Alloy Iarann-Alúin (Alfer): Tá magnetostriction coefficient (c. 100 ppm) ard ag an alloy seo, mhágnetach satúrach, agus teocht Curie (c. 800 °C) ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal agus properties mechanical maith. Ach, is deacair é a dhéanamh agus is gá teorainn teocht speisialta.
Alloy Iarann-Nícéal (Permalloy): Tá magnetostriction coefficient (c. 1 ppm) íseal ag an alloy seo, ach tá mhágnetach satúrach agus permeability (an cumas a bhfuil ag ábhar a chur ar réimse mhágnetach intíre) ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal freisin, rud a dhéanann é oiriúnach do scildú mhágnetach agus feidhmeanna ionchur.
Alloy Cobalt-Nícéal: Tá magnetostriction coefficient (c. 20 ppm) módúil ag an alloy seo, ach tá mhágnetach satúrach agus teocht Curie (c. 950 °C) ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal freisin, agus córas corróisi maith.
Alloy Iarann-Cobalt: Tá magnetostriction coefficient (c. 30 ppm) módúil ag an alloy seo, ach tá mhágnetach satúrach agus teocht Curie (c. 980 °C) an-ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal freisin, agus properties mechanical maith.
Alloy Cobalt-Iarann-Vanadium (Permendur): Tá magnetostriction coefficient (c. 5 ppm) íseal ag an alloy seo, ach tá mhágnetach satúrach agus teocht Curie (c. 1400 °C) an-ard. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal freisin, rud a dhéanann é oiriúnach do feidhmeanna ard-chumhacht.
Ferrites: Is iad na ferrites ábhair cérameacha a chomhtháitear le oxáid iarainn agus oxáid metáil eile, cosúil le oxáid cobalt nó oxáid nícéal. Tá magnetostriction coefficients (faide ná 10 ppm) íseal acu, ach tá mhágnetach satúrach agus permeability íseal freisin. Tá hysteresis loss agus eddy current loss íseal go leor, rud a dhéanann iad oiriúnach do feidhmeanna ard-freisin. Tá teocht Curie (os a chionn 400 °C) ard acu agus córas corróisi maith.
Earth Rare: Is iad na Earth Rare eilimintí le atomic uimhirí ó 57 go 71, cosúil le lanthanum, cerium, neodymium, samarium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium nó lutetium. Tá magnetostriction coefficients (go dtí 1000 ppm) an-ard acu, ach tá hysteresis loss agus eddy current loss an-ard freisin. Tá mhágnetach satúrach agus permeability módúil acu, ach teocht Curie íseal (faide ná 300 °C). Úsáidtear iad go minic i gcomhtháth le metáil eile nó compóidí chun alloys nó intermetallics a dhéanamh le feidhmeanna níos fearr.
Terfenol-D: Is é Terfenol-D intermetallic compóid a chomhtháitear le terbium, iarann, agus dysprosium. Tá an magnetostriction coefficient is airde riamh (c. 2000 ppm) airdithe air, rud a dhéanann gur féidir leis strains mór a chruthú nuair a mhágnaítear. Tá mhágnetach satúrach agus teocht Curie (c. 380 °C) ard aige. Ach, tá hysteresis loss agus eddy current loss an-ard freisin, rud a chuirionn teorainn ar a haoideachas agus rang freisin. Tá réimse mhágnetach (c. 800 kA/m) ard de dhíth air chun a strain is airde a bhaint amach, rud a chuiríonn suas a chostas cumhacht agus a chostas.
Galfenol: Is é Galfenol alloy de iarann agus galli, le
