БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Магнитострикция

Значение слова "Магнитострикция" в Большой Советской Энциклопедии


Магнитострикция (от магнит и лат. strictio — сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление Магнитострикция было открыто
Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости магнитного поля.
Дж. Джоулем в 1842. В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb и других, ряде сплавов, ферритах) Магнитострикция достигает значительной величины (относительное удлинение Dl / l » 10-6—10-2). В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках Магнитострикция очень мала. Обратное по отношению к Магнитострикция явление — изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации — называется магнитоупругим эффектом, иногда — Виллари эффектом.

  В современной теории магнетизма Магнитострикция рассматривают как результат проявления основных типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрического обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия (см. Ферромагнетизм). В соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных деформаций кристаллические решётки: за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.

  При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью Hs, в котором образец достигает технического магнитного насыщения Is. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решётки. Магнитострикция этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная Магнитострикция Для расчёта линейной Магнитострикция существуют полуэмпирические формулы. Так, Магнитострикция ферромагнитных кристаллов кубической симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по формуле:

,

  где si, sj и bi, bj — направляющие косинусы соответственно вектора Js и направления измерения относительно рёбер куба, а1 и a2 — константы анизотропии Магнитострикция численно равные , , где  и — максимальные линейные Магнитострикция соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла. Величину ls = (Dl / l) s называют Магнитострикция насыщения или магнитострикционной постоянной.

  Магнитострикция обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абсолютной величины Js (парапроцесс, или истинное намагничивание). Магнитострикция за счёт обменных сил в кубических кристаллах изотропна, то есть проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (например, гадолинии) эта Магнитострикция анизотропна. Магнитострикция за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных температурах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества. Однако в некоторых сплавах с малым коэффициентом теплового расширения (инварных магнитных сплавах) Магнитострикция велика [в магнитных полях ~ 8×104 а/м (103 э) отношение DV / V ~ 10-5]. Значительная по величине Магнитострикция парапроцесса возникает также в ферритах при разрушении или создании магнитным полем неколлинеарных магнитных структур.

  Магнитострикция относится к так называемым чётным магнитным эффектам, так как она не зависит от знака магнитного поля. Экспериментально больше всего изучалась Магнитострикция в поликристаллических ферромагнетиках. Обычно измеряется относительное удлинение образца в направлении поля (продольная Магнитострикция или перпендикулярно направлению поля (поперечная Магнитострикция Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная Магнитострикция в области полей технического намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной Магнитострикция меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины одинаковы (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная Магнитострикция отрицательны; причина этого ещё не ясна. Величина, знак и графический ход зависимости Магнитострикция от напряжённости поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (кристаллографической текстуры, примесей посторонних элементов, термической и холодной обработки). У Fe (рис. 2) продольная Магнитострикция в слабом магнитном поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле — отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная Магнитострикция отрицательна. Сложный характер Магнитострикция в поликристаллических образцах ферромагнетиков определяется особенностями анизотропии Магнитострикция в кристаллах соответствующего металла. Большинство сплавов Fe — Ni, FeCo, FePt и других имеют положительный знак продольной Магнитострикция Dl / l » (1—10)×10-5. Наибольшей продольной Магнитострикция обладают сплавы FePt, FePd, Fe — Со, MnSb, Mn — CuBi, FeRh. Среди ферритов наибольшая Магнитострикция у CoFe2O4, Tb3Fe5O12, Dy3Fe5O12: Dl / l » (2—25)×10-4. Рекордно высока Магнитострикция у некоторых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений, например у Tb и Dy, у TbFe2 и DyFe2: Dl / l » 10-3—10-2 (в зависимости от величины приложенного поля). Магнитострикция примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U3As4, U3P4 и других).

  Магнитострикция в области технического намагничивания обнаруживает явление гистерезиса (рис. 3). На Магнитострикция в сильной степени влияют также температура, упругие напряжения и даже характер размагничивания, которому подвергался образец перед измерением.

  Всестороннее изучение Магнитострикция прежде всего способствует выяснению физической природы сил, которые определяют ферри-, антиферро- и ферромагнитное поведение вещества. Исследование Магнитострикция особенно в области технического намагничивания, играет также большую роль при изысканиях новых магнитных материалов; например, отмечено, что высокая магнитная проницаемость сплавов типа пермаллоя связана с тем, что в них мала Магнитострикция (наряду с малым значением константы магнитной анизотропии).

  С магнитострикционными эффектами связаны аномалии теплового расширения ферро-, ферри- и антиферромагнитных тел. Эти аномалии объясняются тем, что магнитострикционные деформации, вызываемые обменными (а в общем случае и магнитными) силами в решётке, проявляются не только при помещении указанных тел в магнитное поле, но также при нагревании их в отсутствии поля (термострикция). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно при магнитных фазовых переходах (в точках Кюри и Нееля, при температуре перехода коллинеарной магнитной структуры в неколлинеарную и других). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение (обусловленное тепловыми колебаниями атомов в решётке) иногда приводит к аномально малому значению коэффициента теплового расширения у некоторых материалов. Экспериментально доказано, например, что малое тепловое расширение сплавов типа инвар объясняется влиянием возникающих при нагреве отрицательных магнитострикционных деформаций, которые почти полностью компенсируют «нормальное» тепловое расширение таких сплавов.

  С Магнитострикция связаны различные аномалии упругости в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Резкие аномалии модулей упругости и внутреннего трения, наблюдаемые в указанных веществах в районе точек Кюри и Нееля и других фазовых магнитных переходов, обязаны влиянию Магнитострикция возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферримагнитные тела упругих напряжений в них даже при отсутствии внешнего магнитного поля происходит перераспределение магнитных моментов доменов (в общем случае изменяется и абсолютная величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнительной деформацией тела магнитострикционной природы — механострикцией, которая приводит к отклонениям от закона Гука. В непосредственной связи с механострикцией находится явление изменения под влиянием магнитного поля модуля упругости Е ферромагнитных металлов (DЕ-эффект).

  Для измерения Магнитострикция наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу механооптического рычага, позволяющие наблюдать относительные изменения длины образца до 10-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехнический и интерференционный методы. Получил распространение также метод проволочных датчиков, в котором на образец наклеивают проволочку, включенную в одно из плечей моста измерительного. Изменение длины проволочки и её электрического сопротивления при магнитострикционном изменении размеров образца с высокой точностью фиксируется электроизмерительным прибором.

  Магнитострикция нашла широкое применение в технике. На явлении Магнитострикция основано действие магнитострикционных преобразователей (датчиков) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехнических устройствах, магнитострикционных линий задержки и т.д.

 

  Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, Магнитострикция 1971; Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках, 2 изд., Магнитострикция — Л., 1957; Бозорт Р., Ферромагнетизм, перевод с английского, Магнитострикция 1956; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, Магнитострикция 1965; Ультразвуковые преобразователи, перевод с английского, под редакцией И. П. Голяминой, Магнитострикция 1972.

  К. П. Белов.

Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости магнитного поля.
Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости магнитного поля.


I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36 %) — Fe (64 %). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер)." href="a_pictures/18/10/252390643.jpg">Рис. 1. Продольная (кривая <a href=I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36 %) — Fe (64 %). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер)." title="Рис. 1. Продольная (кривая I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36 %) — Fe (64 %). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер)." src="a_pictures/18/10/th_252390643.jpg">
Рис. 1. Продольная (кривая I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36 %) — Fe (64 %). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер).

Рис. 3. Магнитострикционный гистерезис железа, обусловленный его магнитным гистерезисом.
Рис. 3. Магнитострикционный гистерезис железа, обусловленный его магнитным гистерезисом.


В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Магнитострикция"

Магнитострикционный преобразователь | Буква "М" | В начало | Буквосочетание "МА" | Магнитосфера Земли


Статья про слово "Магнитострикция" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 9656 раз


Интересное