Magnetostrictio: Proprietas Materialium Magneticorum
Magnetostrictio definitor est ut proprietatem quaedam materialium magneticorum, quae facit ut formam vel dimensiones suas mutant cum sunt magnetizata ab externo magnete. Mutatio in magnitudine vel longitudine materialis propter magnetostrictionem pendet ex fortitudine et directione applicati magnete, sicut et anisotropia magnetica et structura crystallina materialis.
Magnetostrictio potest adhiberi ad conversionem energiae electromagneticae in mechanicam, vel vice versa, et est basis multarum applicationum sicut actuatores, sensoria, transductores, transformatores, motrices, et generatores.
Quid est Magnetostrictio?
Magnetostrictio primum inventa fuit a James Joule anno 1842, quando observavit ferrum virgatum paululum elongari cum magnetizaretur secundum longitudinem suam, et paululum contrahi cum magnetizaretur secundum latitudinem suam. Hoc phenomenon cognoscitur ut effectus Jouli, et accidit in plerisque materialibus ferromagneticis (materialibus quae possunt magnetizari ab externo magne) et quibusdam materialibus ferrimagneticis (materialibus quae duos subreticulos magneticos oppositos habent).
Mechanismus physicus magnetostrictionis ad internam structuram materialium magneticorum pertinet, quae constat regionum microscopicarum appellatarum dominiis. Unusquisque dominus uniformem directionem magnetizationis habet, quae determinatur per aequilibrium inter anisotropiam magneticam (tendentiam materialis ad alliniam suam magnetizationis secundum certas directiones crystallinas) et energiam magnetostaticam (tendentiam materialis ad minimam suam poles magneticas).
Cum externus magnes applicatur ad materiale magneticum, torque exercet in dominios, eos cingens et alignantes secundum directionem magnete. Hoc processus involvit motum parietum dominiorum (limitationes inter dominios diversarum directionum magnetizationis) et deformationem rete crystallici (dispositionem atomorum in materia). Quod ita fit, mutatur forma vel dimensiones materiae secundum eius magnetostrictionem (fractionalem mutationem longitudinis vel voluminis propter magnetostrictionem).
Magna magnetostrictionis dependet ex pluribus factoribus, sicut:
Magnitude et directio magnete applicati
Saturatio magnetizationis (maxima possible magnetizationis) materialis
Anisotropia magnetica (preferentia pro certis directionibus magnetizationis) materialis
Coupling magnetoelasticum (interaction inter magnetizationem et strictionem elasticam) materialis
Temperatura et status stress materialis
Strictio magnetostrictiva positiva esse potest vel negativa, secundum ut materiale expandatur vel contractetur quando magnetizatur. Quaedam materialia exhibent inversionem signi strictione magnetostrictivae sua quando exposuntur ad altos magnete, quod cognoscitur ut reversio Villari.
Strictio magnetostrictiva potest mensurari variis methodis, sicut interferometria optica, gauges strain, transducere piezoelectrica, vel technicas resonantis. Parametrus communissimus ad characterizandum magnetostrictionem est coefficient magnetostrictionis (etiam vocatur coefficient Jouli), qui definitur ut:
λ=LΔL
ubi ΔL est mutatio in longitudine materialis quando magnetizatur a nullo ad saturationem, et L est longitudo initia.
Materialia Magnetostrictiva
Sunt multa materialia quae magnetostrictionem exhibent, sed quaedam eorum maiora valoribus et meliore performance habeant. Exempla materialium magnetostrictivorum sunt:
Ferrum: Ferrum est unum ex communissimis et amplissime usatis materialibus magnetostrictivis, propter saturationem suam magnam et costum parvum. Tamen, ferrum etiam inconvenientia quaedam habet, sicut coefficientem magnetostrictionis parvum (circa 20 ppm), hysteresis perditum (energiam dissipatam in singulis cyclis magnetizationis) altum, et eddy current perditum (energiam dissipatam propter currents inducendos in materialibus conductivis in materia). Ferrum etiam temperaturam Curie parvam (temperaturam supra quam materiale ferromagnetic propria perdere potest) habet, quod limitat usum eius in applicationibus altius temperatura.
Niccolum: Niccolum coefficientem magnetostrictionis maiorem quam ferrum (circa 60 ppm) habet, sed etiam hysteresis perditum altum et eddy current perditum. Niccolum etiam temperaturam Curie parvam (circa 360 °C) habet et pronum ad corrosionem est.
Cobaltum: Cobaltum coefficientem magnetostrictionis moderatum (circa 30 ppm) habet, sed saturationem magnam et temperaturam Curie altam (circa 1120 °C). Cobaltum etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, id quod id aptum facit ad applicationes altius frequentiae.
Ferrum-Aluminium Alligatum (Alfer): Hoc alligatum coefficientem magnetostrictionis altum (circa 100 ppm), saturationem magnam, et temperaturam Curie altam (circa 800 °C) habet. Etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, et bona mechanical properties. Tamen, difficile est fabricari et calore speciali indiget.
Ferrum-Niccolum Alligatum (Permalloy): Hoc alligatum coefficientem magnetostrictionis parvum (circa 1 ppm) habet, sed saturationem magnam et permeabilitatem altam (facultatem materialis ad supportandam internam magnete). Etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, id quod id ideale facit ad shielding magneticum et applicationes recording.
Cobaltum-Niccolum Alligatum: Hoc alligatum coefficientem magnetostrictionis moderatum (circa 20 ppm) habet, sed saturationem magnam et temperaturam Curie altam (circa 950 °C). Etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, et bonam resistantiam.
Ferrum-Cobaltum Alligatum: Hoc alligatum coefficientem magnetostrictionis moderatum (circa 30 ppm) habet, sed saturationem magnam et temperaturam Curie altam (circa 980 °C). Etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, et bona mechanical properties.
Cobaltum-Ferrum-Vanadium Alligatum (Permendur): Hoc alligatum coefficientem magnetostrictionis parvum (circa 5 ppm) habet, sed saturationem magnam et temperaturam Curie altissimam (circa 1400 °C). Etiam hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum habet, id quod id aptum facit ad applicationes altius potentiae.
Ferrites: Ferrites sunt materialia ceramicum composita ex ferris oxidibus et aliis metallorum oxidibus, sicut cobalti oxidum aut niccoli oxidum. Habent coefficientes magnetostrictionis parvos (minus quam 10 ppm), sed etiam saturationem magnam parvam et permeabilitatem parvam. Habeant hysteresis perditum parvum et eddy current perditum parvum, id quod id ideale facit ad applicationes altius frequentiae. Etiam habeant temperaturas Curie altas (supra 400 °C) et bonam resistantiam.
Rara Terra: Rara terra sunt elementa cum atomic numeris ab 57 ad 71, sicut lanthanum, cerium, neodymium, samarium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium vel lutetium. Habent coefficientes magnetostrictionis altissimos (usque ad 1000 ppm), sed etiam hysteresis perditum altum et eddy current perditum altum. Habent saturationem magnam moderatam et permeabilitatem, sed temperaturas Curie parvas (infra 300 °C). Saepe adhibentur in combinatione cum aliis metallis aut compostis ad formandas alligationes aut intermetallides cum proprietatibus melioribus.
Terfenol-D: Terfenol-D est intermetallide compositum ex terbio, ferrum, et dysprosio. Habet maximum coefficientem magnetostrictionis umquam recordatum (circa 2000 ppm), quod significat quod magnas strictiones producere potest quando magnetizatur. Etiam habet saturationem magnam altam et temperaturam Curie altam (circa 380 °C). Tamen, etiam habet hysteresis perditum altum et eddy current perditum altum, quod limitat efficientiam et rangum frequentiae. Etiam magnam magnete (circa 800 kA/m) requirit ad maximam strictionem attingendi, quod augebit consumptum potentiae et costum.
Galfenol: Galfenol est alligatum ex ferrum et gall
