मैग्नेटोस्ट्रिक्शन: चुंबकीय सामग्रियों का एक गुण

मैग्नीटोस्ट्रिक्शन को कुछ चुंबकीय सामग्रियों की वह गुणवत्ता माना जाता है जो उन्हें बाहरी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा चुंबकीयता के कारण अपने आकार या आयाम में परिवर्तन करने के लिए प्रेरित करता है। एक सामग्री के आकार या लंबाई में परिवर्तन, लगाए गए चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और दिशा, साथ ही सामग्री की चुंबकीय विषमता और क्रिस्टल संरचना पर निर्भर करता है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्शन का उपयोग विद्युत चुंबकीय ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में या इसके विपरीत परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है, और यह एक्चुएटर, सेंसर, ट्रांसड्यूसर, ट्रांसफॉर्मर, मोटर और जनरेटर जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए आधार है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्शन क्या है?

मैग्नीटोस्ट्रिक्शन की खोज 1842 में जेम्स जूल ने की थी, जब उन्होंने देखा कि एक लोहे की छड़ अपनी लंबाई के अनुदिश चुंबकीयता के कारण थोड़ी लंबी हो गई, और अपनी चौड़ाई के अनुदिश चुंबकीकृत होने पर थोड़ी संकुचित हो गई। इस प्रभाव को जूल का प्रभाव कहा जाता है, और यह अधिकांश फेरोचुंबकीय सामग्रियों (सामग्रियाँ जो बाहरी क्षेत्र द्वारा चुंबकीकृत हो सकती हैं) और कुछ फेरीमैग्नेटिक सामग्रियों (सामग्रियाँ जिनमें दो विपरीत चुंबकीय उपसंरचनाएँ होती हैं) में देखा जाता है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्शन के पीछे की भौतिक व्यवस्था चुंबकीय सामग्रियों की आंतरिक संरचना से संबंधित है, जो डोमेन्स नामक एक जैविक क्षेत्रों से बनी होती है। प्रत्येक डोमेन में एक समान चुंबकीय दिशा होती है, जो चुंबकीय विषमता ऊर्जा (सामग्री की चुंबकीयता को निश्चित क्रिस्टल दिशाओं के अनुदिश संरेखित करने की प्रवृत्ति) और चुंबकस्थितिक ऊर्जा (सामग्री की चुंबकीय ध्रुवों को न्यूनतम करने की प्रवृत्ति) के बीच के संतुलन से निर्धारित होती है।

जब एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र को एक चुंबकीय सामग्री पर लगाया जाता है, तो यह डोमेन्स पर एक टोक लगाता है, जिससे वे घूमते हैं और क्षेत्र की दिशा के साथ संरेखित हो जाते हैं। यह प्रक्रिया डोमेन दीवारों (अलग-अलग चुंबकीय दिशाओं वाले डोमेन्स के बीच की सीमाएँ) के आंदोलन और क्रिस्टल जालक (सामग्री में परमाणुओं की व्यवस्था) के विकृति से गुजरती है। इस परिणामस्वरूप, सामग्री अपने मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव विकृति (मैग्नीटोस्ट्रिक्शन के कारण लंबाई या आयतन में भिन्नता) के अनुसार अपने आकार या आयाम में परिवर्तन करती है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव विकृति कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे:

• लगाए गए चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और दिशा

• सामग्री की संतृप्ति चुंबकीयता (संभावित अधिकतम चुंबकीयता)

• सामग्री की चुंबकीय विषमता (कुछ चुंबकीय दिशाओं की पसंद)

• सामग्री की चुंबकीय और लोच विकृति के बीच की प्रतिक्रिया (मैग्नीटोइलास्टिक कपलिंग)

• सामग्री की तापमान और तनाव की स्थिति

मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव विकृति धनात्मक या ऋणात्मक हो सकती है, यह तय करता है कि सामग्री चुंबकीकृत होने पर फैल जाती है या संकुचित हो जाती है। कुछ सामग्रियों में उच्च चुंबकीय क्षेत्रों के संपर्क में आने पर उनकी मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव विकृति का चिह्न उलट जाता है, जिसे विलारी उलटन कहा जाता है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव विकृति को विभिन्न विधियों से मापा जा सकता है, जैसे ऑप्टिकल इंटरफेरोमेट्री, स्ट्रेन गेज, पायरोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर, या रिझोनेंट तकनीक। मैग्नीटोस्ट्रिक्शन को विशेषता देने के लिए सबसे आम पैरामीटर मैग्नीटोस्ट्रिक्शन गुणांक (जिसे जूल का गुणांक भी कहा जाता है) है, जो इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

λ=LΔL

जहाँ ΔL शून्य से संतृप्ति तक चुंबकीकृत होने पर सामग्री की लंबाई में परिवर्तन है, और L इसकी प्रारंभिक लंबाई है।

मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियाँ

कई सामग्रियाँ मैग्नीटोस्ट्रिक्शन प्रदर्शित करती हैं, लेकिन उनमें से कुछ की अधिक मान और बेहतर प्रदर्शन होता है। कुछ मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों के उदाहरण हैं:

• लोहा: लोहा सबसे सामान्य और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मैग्नीटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों में से एक है, क्योंकि इसकी उच्च संतृप्ति चुंबकीयता और कम लागत होती है। हालांकि, लोहे के कुछ दोष भी हैं, जैसे कि एक कम मैग्नीटोस्ट्रिक्शन गुणांक (लगभग 20 पीपीएम), उच्च हिस्टेरीसिस लॉस (प्रत्येक चक्र में चुंबकीकृत होने के दौरान ऊर्जा का विसर्जन), और उच्च इडी करंट लॉस (प्रेरित इलेक्ट्रिक करंट के कारण ऊर्जा का विसर्जन)। लोहे का क्यूरी तापमान (जिस तापमान से ऊपर सामग्री अपनी फेरोमैग्नेटिक गुणधर्म खो देती है) भी कम होता है, जो उच्च-तापमान अनुप्रयोगों में इसका उपयोग सीमित करता है।

• निकेल: निकेल का मैग्नीटोस्ट्रिक्शन गुणांक लोहे (लगभग 60 पीपीएम) से अधिक होता है, लेकिन उच्च हिस्टेरीसिस लॉस और इडी करंट लॉस होता है। निकेल का क्यूरी तापमान (लगभग 360 °C) भी कम होता है और यह अपशिष्ट की जाने वाली होती है।

• कोबाल्ट: कोबाल्ट का मध्यम मैग्नीटोस्ट्रिक्शन गुणांक (लगभग 30 पीपीएम) होता है, लेकिन उच्च संतृप्ति चुंबकीयता और उच्च क्यूरी तापमान (लगभग 1120 °C) होता है। कोबाल्ट का हिस्टेरीसिस लॉस और इडी करंट लॉस भी कम होता है, जिससे यह उच्च-आवृत्ति