Φαινόμενο Villari, μαγνητοελαστικό φαινόμενο — το αντίστροφο φαινόμενο της μαγνητοσυστολής

Φαινόμενο Villari πήρε το όνομά του από έναν Ιταλό φυσικό Εμίλιο Βιλαρίο οποίος ανακάλυψε αυτό το φαινόμενο το 1865. Το φαινόμενο ονομάζεται επίσης μαγνητοελαστικό αποτέλεσμα… Η φυσική του ουσία έγκειται στην αλλαγή της μαγνητικής διαπερατότητας, καθώς και στις σχετικές μαγνητικές ιδιότητες των σιδηρομαγνητών κατά τη μηχανική παραμόρφωση των δειγμάτων που κατασκευάζονται από αυτούς τους σιδηρομαγνήτες. Η εργασία βασίζεται σε αυτήν την αρχή μαγνητοελαστικοί μετατροπείς μέτρησης.

Για παράδειγμα, κοιτάξτε των βρόχων υστέρησης περμαλοειδές και νικέλιο υπό συνθήκες λειτουργίας σε δείγματα με μηχανική καταπόνηση κατασκευασμένα από αυτά τα υλικά. Έτσι, όταν ένα δείγμα νικελίου τεντώνεται, καθώς αυξάνεται η τάση εφελκυσμού, ο βρόχος υστέρησης γέρνει. Αυτό σημαίνει ότι όσο περισσότερο τεντώνεται το νικέλιο, τόσο χαμηλότερη είναι η μαγνητική του διαπερατότητα. Η αντοχή σε εφελκυσμό του νικελίου μειώνεται επίσης. Και το permaloy είναι το αντίθετο.

Όταν το δείγμα μόνιμου κράματος τεντώνεται, το σχήμα του βρόχου υστέρησης προσεγγίζει ένα ορθογώνιο, πράγμα που σημαίνει ότι η μαγνητική διαπερατότητα του μόνιμου κράματος αυξάνεται κατά τη διάρκεια του τεντώματος και η υπολειπόμενη αυτεπαγωγή αυξάνεται επίσης. Εάν η τάση μεταβάλλεται από τάση σε συμπίεση, τότε αντιστρέφεται και το πρόσημο της αλλαγής των μαγνητικών παραμέτρων.

Ο λόγος για την εκδήλωση του φαινομένου Villari των σιδηρομαγνητών υπό παραμόρφωση είναι ο εξής. Όταν μια μηχανική τάση δρα σε έναν σιδηρομαγνήτη, αλλάζει τη δομή της περιοχής του, δηλαδή, τα όρια του πεδίου μετατοπίζονται, τα διανύσματα μαγνήτισής τους περιστρέφονται. Αυτό είναι παρόμοιο με το μαγνητισμό του πυρήνα με ρεύμα. Εάν αυτές οι διεργασίες έχουν την ίδια κατεύθυνση, τότε η μαγνητική διαπερατότητα αυξάνεται, εάν η κατεύθυνση των διεργασιών είναι αντίθετη, μειώνεται.

Το φαινόμενο Villari είναι αναστρέψιμο, εξ ου και το όνομά του αντίστροφο μαγνητοσυσταλτικό αποτέλεσμα… Η επίδραση της άμεσης μαγνητοσυστολής συνίσταται στην παραμόρφωση ενός σιδηρομαγνήτη υπό τη δράση ενός μαγνητικού πεδίου που εφαρμόζεται σε αυτόν, η οποία οδηγεί επίσης σε μετατόπιση των ορίων πεδίου, σε περιστροφή των διανυσμάτων των μαγνητικών ροπών, ενώ το κρυσταλλικό πλέγμα της ουσίας αλλάζει την ενεργειακή της κατάσταση λόγω αλλαγής των αποστάσεων ισορροπίας των κόμβων της, λόγω μετατόπισης των ατόμων από τις αρχικές τους θέσεις. Το κρυσταλλικό πλέγμα παραμορφώνεται έτσι ώστε για ορισμένα δείγματα (σίδηρος, νικέλιο, κοβάλτιο, τα κράματά τους κ.λπ.) η επιμήκυνση να φτάνει το 0,01.

Ετσι, μαγνητοσυστολή — η ιδιότητα ορισμένων σιδηρομαγνητικών μετάλλων και κραμάτων να παραμορφώνονται (συστέλλονται ή διαστέλλονται) κατά τη μαγνήτιση και, αντιστρόφως, να αλλάζουν τη μαγνήτιση κατά τη μηχανική παραμόρφωση.

Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται για την εφαρμογή μαγνητοσυσταλτικών συντονιστών, όπου ο μηχανικός συντονισμός εμφανίζεται υπό τη δράση εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων. Οι μαγνητοσυσταλτικοί συντονιστές μπορούν να κατασκευαστούν για συχνότητες έως 100 kHz και ακόμη υψηλότερες, και σε αυτές τις συχνότητες βρίσκουν διάφορες εφαρμογές σταθεροποίησης συχνότητας (παρόμοια με τον πιεζοηλεκτρικό χαλαζία) για λήψη υπερήχων κ.λπ.

Από την άποψη του μαγνητοελαστικού φαινομένου, το υλικό μπορεί να χαρακτηριστεί από μια τέτοια παράμετρο όπως συντελεστής μαγνητοελαστικής επιδεκτικότητας… Ορίζεται ως ο λόγος της μεταβολής της σχετικής μαγνητικής διαπερατότητας μιας ουσίας προς τη σχετική παραμόρφωσή της ή προς την εφαρμοσμένη μηχανική καταπόνηση.Και δεδομένου ότι η σχετική αλλαγή στο μήκος και η μηχανική τάση σχετίζονται Ο νόμος του Χουκ, τότε οι συντελεστές σχετίζονται μεταξύ τους με το συντελεστή του Young:

Η μεταβολή της μαγνητικής διαπερατότητας ενός υλικού κατά την παραμόρφωσή του μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρικό σήμα χρησιμοποιώντας επαγωγική μέτρηση (επαγωγική ή αμοιβαία επαγωγική μετατροπή).

Είναι γνωστό ότι η επαγωγή ενός πηνίου σε ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα σταθερής διατομής βρίσκεται με τον ακόλουθο τύπο:

Αν τώρα το μαγνητικό κύκλωμα παραμορφωθεί από τη δράση κάποιας εξωτερικής δύναμης, τότε θα αλλάξουν οι γεωμετρικές διαστάσεις και η μαγνητική διαπερατότητα του μαγνητικού κυκλώματος (πυρήνας πηνίου). Έτσι, η μηχανική παραμόρφωση αλλάζει την αυτεπαγωγή του πηνίου. Η μεταβολή της επαγωγής μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τη διαφοροποίηση:

Τα σιδηρομαγνητικά υλικά με το έντονα έντονο φαινόμενο Villari επιτρέπουν τη λήψη:

Για την αμοιβαία επαγωγική μετατροπή μέτρησης, η αμοιβαία επαγωγή των πηνίων αλλάζει:

Το φαινόμενο Villari χρησιμοποιείται σε σύγχρονους μαγνητοελαστικούς μορφοτροπείς μέτρησηςπου σας επιτρέπουν να μετράτε σημαντικές δυνάμεις και πιέσεις, μηχανικές καταπονήσεις και παραμορφώσεις σε διάφορα αντικείμενα.