Magnetofónía: Eiginleiki ferromagnétískra efna
Magnetostriction er skilgreind sem eiginleiki nokkurra magnéttískra efna sem valdi þeim að breyta formi eða stærð sinni þegar þær eru magnéttuð með ytri magnéttiltæki. Breytingin á stærð eða lengd efns vegna magnetostriction fer eftir styrk og stefnu viðkomandi magnéttiltækis, auk magnéttískrar anisotrópiu og kristalhlutverks efnsins.
Magnetostriction má nota til að umbreyta rafmagnlegum orku í mekanísk orku, eða öfugt, og er grunnur margra aðgerða eins og aðgerðaraðgerðir, mælir, transducerar, trafo, hreyfingarvélir og virkjar.
Hvað er Magnetostriction?
Magnetostriction var fyrst uppgötud af James Joule árið 1842 þegar hann markaði að járnstangin lengdist ein smá þegar hún var magnéttuð í lengdina, en minnkaðist ein smá þegar hún var magnéttuð tvörs um breiddina. Þessi atburður er kendur sem Joule's efni, og gerist hann í mestu ferromagnétískum efnum (efnum sem hægt er að magnéttua með ytri tiltæki) og sumum ferrimagnétískum efnum (efnum sem hafa tvö mótsægandi magnéttísk sublattices).
Frumkvæði magnetostriction er tengt innri uppbyggingu magnéttískra efna, sem samanstendur af mikroscópískum svæðum sem kallað er domains. Hvert domain hefur jafnhægðarmagnéttísk stefnu, sem er ákvörðuð af balansinum milli magnéttískrar anisotrópiu (þrár efnsins að jafna magnéttísk stefnu með vissar kristalstefnur) og magnéttískrar energíu (þrár efnsins að minnka sín magnéttískar pólar).
Þegar ytri magnéttiltæki er beitt á magnéttísk efni, lætur það torqu á domains, sem valdi þeim að snúa og jafna sig með stefnu tiltækisins. Þessi ferli felur í sér færslu domain walls (markmið milli domains með ólíkum magnéttískum stefnum) og brottnám kristallattics (uppbyggingu átómanna í efninu). Sem niðurstöðu býðst efni breytast í form eða stærð eftir magnetostrictive spennu (brottfærslu í lengd eða rúmmál vegna magnetostriction).
Spennan magnetostrictive fer eftir mörgum þáttum, eins og:
Styrkur og stefna viðkomandi magnéttiltækis
Smetningarmagnéttísk (máximum magnéttísk smetning) efnsins
Magnetísk anisotropía (þrá til ákveðinnar magnéttískar stefnur) efnsins
Magnetoelastic tengsl (viðhorf milli magnéttískar smetningar og elástískar spennu) efnsins
Hitastofn og spenna efnsins
Magnetostrictive spenna getur verið jákvæð eða neikvæð, eftir því hvort efnið stækkar eða minnkar í stærð þegar það er magnéttuað. Sum efni sýna snúning í merki magnetostrictive spennu þegar þau eru sett í há magnéttiltækis, sem er kendur sem Villari snúningur.
Magnetostrictive spenna má mæla með ýmsum aðferðum, eins og ljósinterferometri, spennamælir, piezoelectric transducerar, eða resonant aðferðir. Algengasta parameter til að lýsa magnetostriction er magnetostriction stuðull (einnig kölluð Joule's stuðull), sem er skilgreind sem:
λ=LΔL
þar sem ΔL er breyting í lengd efnsins þegar það er magnéttuað frá núll til fullsmetningu, og L er upphafslengdin.
Magnetostrictive Efni
Það eru mörg efni sem sýna magnetostriction, en sum hafa hærri gildi og betri aðferðir en aðrir. Dæmi um magnetostrictive efni eru:
Járn: Járn er eitt af algengustu og víðtækustu magnetostrictive efnum, vegna hærrar fullsmetningu og lágs kostnaðar. En járn hefur einnig nokkrar neikvæðar eiginleika, eins og lágan magnetostriction stuðull (um 20 ppm), háa hysteresis tap (orkutap sem kemur fyrir í hverju smetningargangi), og há eddy strömu tap (orkutap vegna veikt strauma í geleðilegu efni). Járn hefur einnig lága Curie hitastigi (hitastigi fyrir ofan sem efni mistir sína ferromagnétísku eiginleika), sem takmarkar notkun hans í hágiltu aðgerðum.
Nikkel: Nikkel hefur hærri magnetostriction stuðull en járn (um 60 ppm), en einnig hærri hysteresis tap og eddy current tap. Nikkel hefur einnig lága Curie hitastigi (um 360 °C) og er auðvelt að rosta.
Kobolt: Kobolt hefur miðlungs magnetostriction stuðull (um 30 ppm), en hár fullsmetning og hár Curie hitastigi (um 1120 °C). Kobolt hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, sem geymir hann viðeigandi fyrir hágiltu aðgerðir.
Járn-Aluminium Leysa (Alfer): Þessi leysa hefur hár magnetostriction stuðull (um 100 ppm), hár fullsmetning, og hár Curie hitastigi (um 800 °C). Hann hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, og góða mechanical properties. En hann er erfitt að framleiða og þarf sérstök hitameðferð.
Járn-Nikkel Leysa (Permalloy): Þessi leysa hefur lágan magnetostriction stuðull (um 1 ppm), en hár fullsmetning og hár permeability (geta efns til að styðja innri magnéttiltæki). Hann hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, sem geymir hann viðeigandi fyrir magnétísk skydd og skráningaraðgerðir.
Kobolt-Nikkel Leysa: Þessi leysa hefur miðlungs magnetostriction stuðull (um 20 ppm), en hár fullsmetning og hár Curie hitastigi (um 950 °C). Hann hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, og góða rostaröndun resistance.
Járn-Kobolt Leysa: Þessi leysa hefur miðlungs magnetostriction stuðull (um 30 ppm), en mjög hár fullsmetning og hár Curie hitastigi (um 980 °C). Hann hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, og góða mechanical properties.
Kobolt-Járn-Vanadium Leysa (Permendur): Þessi leysa hefur lágan magnetostriction stuðull (um 5 ppm), en mjög hár fullsmetning og mjög hár Curie hitastigi (um 1400 °C). Hann hefur einnig lága hysteresis tap og eddy current tap, sem geymir hann viðeigandi fyrir hágiltu aðgerðir.
Ferrites: Ferrites eru keramísk efni samsett af járnoksid og öðrum metaleoxid, eins og koboltoksid eða nikkeloksid. Þeir hafa lága magnetostriction stuðul (minni en 10 ppm), en einnig lága fullsmetningu og lága permeability. Þeir hafa mjög lága hysteresis tap og eddy current tap, sem geymir þá viðeigandi fyrir hágiltu aðgerðir. Þeir hafa einnig hár Curie hitastigi (yfir 400 °C) og góða rostaröndun resistance.
Rar Earths: Rar earths eru efni með atomic tölurnar frá 57 til 71, eins og lanthanum, cerium, neodymium, samarium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium eða lutetium. Þeir hafa mjög hár magnetostriction stuðull (upp í 1000 ppm), en einnig mjög hár hysteresis tap og eddy current tap. Þeir hafa miðlungs fullsmetningu og permeability, en lága Curie hitastigi (undir 300 °C). Þeir eru oft notuð í sameiningu við önnur metala eða efni til að mynda leysur eða inter
