Մագնետոսինկլիզմը. Մագնետական նյութերի հատկությունը

Մագնետոստրիկցիան սահմանվում է որպես որոշ մագնետական նյութերի հատկություն, որը դրանց ձևը կամ չափսերը փոխում է, երբ դրանք մագնետիզացվում են արտաքին մագնետական դաշտով: Նյութի չափսերի կամ երկարության փոփոխությունը մագնետոստրիկցիայի պատճառով կախված է կիրառված մագնետական դաշտի ուժի և ուղղության, ինչպես նաև նյութի մագնետական անիզոտրոպիայի և կրիստալային կառուցվածքից:

Մագնետոստրիկցիան կարող է օգտագործվել էլեկտրոմագնետական էներգիան մեխանիկական էներգիայով կամ հակառակ վերափոխելու համար և հիմք է շատ կիրառությունների համար, ինչպիսիք են ակտուատորները, սենսորները, առաջացնիչները, թրանսֆորմատորները, դիմակները և գեներատորները:

Ինչ է մագնետոստրիկցիան?

Մագնետոստրիկցիան առաջին անգամ հայտնաբերվել է Ջեյմս Ջոուլի կողմից 1842 թվականին, երբ նա դիտել է, որ երբ արծաթային ձողը մագնետիզացվում է իր երկարության ուղղությամբ, այն փոքր է երկարանում, և երբ մագնետիզացվում է իր լայնության ուղղությամբ, այն փոքր է կորստվում: Այս երևույթը հայտնի է Ջոուլի երևույթ անունով և այն հանդիպում է գերամասնությամբ բոլոր մագնետական նյութերի մեջ, ինչպես նաև որոշ ֆերիմագնետական նյութերի մեջ (նյութեր, որոնք ունեն երկու հակառակ մագնետական ենթացանցեր):

Մագնետոստրիկցիայի ֆիզիկական մեխանիզմը կապված է մագնետական նյութերի ներքին կառուցվածքի հետ, որը բաղկացած է միկրոսկոպական շրջաններից, որոնք կոչվում են դոմեններ: Յուրաքանչյուր դոմեն ունի հավասարաչափ մագնետական ուղղություն, որը որոշվում է նյութի մագնետական անիզոտրոպիայի էներգիայի և մագնետոստատիկ էներգիայի հավասարակշռության կողմից:

Երբ արտաքին մագնետական դաշտ կիրառվում է մագնետական նյութին, այն դոմենների վրա ազդում է ուժով, որով դրանք պտտվում են և համարակից դառնում դաշտի ուղղության հետ: Այս պրոցեսը ներառում է դոմենների սահմանների շարժումը (դոմենների տարբեր մագնետական ուղղությունների սահմանները) և կրիստալային ցանցի դեֆորմացիան (նյութի ատոմների դասավորումը): Արդյունքում նյութը փոփոխում է իր ձևը կամ չափսերը իր մագնետոստրիկցիայի շոշափող ուժի համաձայն (նյութի երկարության կամ ծավալի կոտորակային փոփոխությունը մագնետոստրիկցիայի պատճառով):

Մագնետոստրիկցիայի շոշափող ուժը կախված է մի շարք գործոններից, ինչպիսիք են.

• Կիրառված մագնետական դաշտի մեծությունը և ուղղությունը

• Նյութի առավելագույն հնարավոր մագնետական ուժը (առավելագույն մագնետիզացումը)

• Նյութի մագնետական անիզոտրոպիան (որոշ մագնետական ուղղությունների պարտավորությունը)

• Նյութի մագնետաէլաստական կապը (մագնետական ուժի և էլաստական շոշափող ուժի փոխազդեցությունը)

• Նյութի ջերմաստիճանը և լարվածության վիճակը

Մագնետոստրիկցիայի շոշափող ուժը կարող է լինել դրական կամ բացասական, կախված նյութի ընդլայնման կամ կորստման մագնետիզացման ժամանակ: Որոշ նյութեր ցուցադրում են իրենց մագնետոստրիկցիայի շոշափող ուժի նշանի հակադարձումը բարձր մագնետական դաշտերի դեպքում, որը հայտնի է Վիլարի հակադարձում անունով:

Մագնետոստրիկցիայի շոշափող ուժը կարող է չափվել տարբեր մեթոդներով, ինչպիսիք են օպտիկական ինտերֆերոմետրիան, շոշափող ուժի գեージները, պիեզոէլեկտրական առաջացնիչները կամ ռեզոնանսային տեխնիկան: Մագնետոստրիկցիան բնորոշելու ամենահաճախ օգտագործվող պարամետրը մագնետոստրիկցիայի գործակիցն է (նաև կոչվում է Ջոուլի գործակից), որը սահմանվում է հետևյալ կերպ.

λ=LΔL

որտեղ ΔL-ը նյութի երկարության փոփոխությունն է, երբ այն մագնետիզացվում է զրոյից մինչև առավելագույն մագնետիզացումը, և L-ը նրա սկզբնական երկարությունն է:

Մագնետոստրիկցիայի նյութեր

Շատ նյութեր ցուցադրում են մագնետոստրիկցիա, բայց որոշ նյութեր ունեն բարձր արժեքներ և լավ հարմարություն: Մագնետոստրիկցիայի նյութերի օրինակներն են.

• Արծաթ. Արծաթը մեկ է ամենաընդհանուր և լայնորեն օգտագործվող մագնետոստրիկցիայի նյութերից, իր բարձր առավելագույն մագնետական ուժի և ցածր արժեքի պատճառով: Այնուամենայնիվ, արծաթը ունի նաև որոշ թերություններ, ինչպիսիք են ցածր մագնետոստրիկցիայի գործակից (մոտ 20 ppm), բարձր հիստերեսի կորուստ (մագնետիզացման յուրաքանչյուր ցիկլի ընթացքում կորստված էներգիա), և բարձր էդի հոսանքի կորուստ (կոնդուկտիվ նյութերում առաջացած հոսանքների պատճառով կորստված էներգիա): Արծաթը նաև ունի ցածր Կյուրի ջերմաստիճան (նյութը կորստում է իր ֆերոմագնետական հատկությունները կրող ջերմաստիճանը գերազանցելու դեպքում), որը սահմանափակում է դրա օգտագործումը բարձր ջերմաստիճաններում կիրառություններում:

• Նիկել. Նիկելն ունի բարձր մագնետոստրիկցիայի գործակից, քան արծաթը (մոտ 60 ppm), բայց նաև բարձր հիստերեսի կորուստ և էդի հոսանքի կորուստ: Նիկելն նաև ունի ցածր Կյուրի ջերմաստիճան (մոտ 360 °C) և ենթարկվում է կորոզիայի:

• Կոբալտ. Կոբալտն ունի միջին մագնետոստրիկցիայի գործակից (մոտ 30 ppm), բայց բարձր առավելագույն մագնետական ուժ և բարձր Կյուրի ջերմաստիճան (մոտ 1120 °C): Կոբալտն նաև ունի ցածր հիստերեսի կորուստ և էդի հոսանքի կորուստ, որը դարձնում է նրա հարմար բարձր հաճախության կիրառությունների համար:

• Արծաթ-Ալյումին ալյումինատ (Ալֆեր). Այս ալյումինատը ունի բարձր մագնետոստրիկցիայի գործակից (մոտ 100 ppm), բարձր առավելագույն մագնետական ուժ և բարձր Կյուրի ջերմաստիճան (մոտ 800 °C): Այն նաև ունի ցածր հիստերեսի կորուստ և էդի հոսանքի կորուստ, և լավ մեխանիկական հատկություններ: Բայց այն դժվար է պատրաստել և պահանջում է հատուկ ջերմային մշակում:

• Արծաթ-Նիկել ալյումինատ (Պերմալլոյ). Այս ալյումինատը ունի ցածր մագնետոստրիկցիայի գործակից (մոտ 1 ppm), բայց բարձր առավելագույն մագնետական ուժ և բարձր մուտացիոնություն (նյութի հնարավորությունը աջակցել ներքին մագնետական դաշտ): Այն նաև ունի ցածր հիստերեսի կորուստ և էդի հոսանքի կորուստ, որը դարձնում է նրա իդեալական մագնետական դաշտի