Villari efektas, magnetoelastinis efektas - atvirkštinis magnetostrikcijos reiškinys
Villari efektas pavadintas italų fiziko vardu Emilio Villarikuris šį reiškinį atrado 1865. Reiškinys dar vadinamas magnetoelastinis efektas… Jo fizinė esmė slypi magnetinio pralaidumo pasikeitime, taip pat su tuo susijusiose feromagnetų magnetinėse savybėse mechaninės deformacijos metu iš šių feromagnetų pagamintų pavyzdžių. Darbas paremtas šiuo principu magnetoelastingi matavimo keitikliai.
Pavyzdžiui, žiūrėk histerezės kilpų permaloidas ir nikelis eksploatavimo sąlygomis ant mechaniškai įtemptų bandinių, pagamintų iš šių medžiagų. Taigi, kai nikelio mėginys ištempiamas, didėjant tempimo įtempiui, histerezės kilpa pakrypsta. Tai reiškia, kad kuo labiau nikelis ištemptas, tuo mažesnis jo magnetinis pralaidumas. Taip pat mažėja nikelio atsparumas tempimui. O permaloy yra priešingai.
Ištempus permalloy pavyzdį, jo histerezės kilpos forma artėja prie stačiakampio, o tai reiškia, kad tempimo metu padidėja permalloy magnetinis pralaidumas, taip pat padidėja liekamasis induktyvumas. Jei įtempis keičiasi nuo įtempimo iki suspaudimo, tada magnetinių parametrų pokyčio ženklas taip pat yra atvirkštinis.
Deformacijos metu feromagnetų Villari efekto pasireiškimo priežastis yra tokia. Kai mechaninis įtempis veikia feromagnetą, jis keičia jo srities struktūrą, tai yra, srities ribos pasislenka, jų įmagnetinimo vektoriai sukasi. Tai panašu į šerdies įmagnetinimą srove. Jeigu šių procesų kryptis ta pati, tai magnetinis pralaidumas didėja, jei procesų kryptis priešinga – mažėja.
Villari efektas yra grįžtamasis, taigi ir jo pavadinimas atvirkštinis magnetostrikcinis poveikis… Tiesioginės magnetostrikcijos poveikis pasireiškia feromagneto deformacijomis, veikiant jam veikiančiam magnetiniam laukui, o tai taip pat lemia srities ribų poslinkį, magnetinių momentų vektorių sukimąsi, o kristalinės gardelės. medžiagos energetinė būsena keičiasi pasikeitus jos mazgų pusiausvyros atstumams, dėl atomų pasislinkimo iš pradinių vietų. Kristalinė gardelė deformuojama taip, kad kai kurių mėginių (geležies, nikelio, kobalto, jų lydinių ir kt.) pailgėjimas siekia 0,01.
Taigi, magnetostrikcija – kai kurių feromagnetinių metalų ir lydinių savybė deformuotis (susitraukti arba išsiplėsti) įmagnetinimo metu ir, atvirkščiai, keisti įmagnetinimą mechaninės deformacijos metu.
Šis reiškinys naudojamas magnetostrikciniams rezonatoriams įgyvendinti, kai veikiant kintamiems magnetiniams laukams atsiranda mechaninis rezonansas. Magnetostrikciniai rezonatoriai gali būti gaminami iki 100 kHz ir net aukštesniems dažniams, o prie šių dažnių jie randa įvairių pritaikymų dažnių stabilizavimui (panašiai kaip pjezoelektrinis kvarcas) ultragarsui priimti ir kt.
Magnetoelastinio poveikio požiūriu medžiaga gali būti apibūdinama tokiu parametru kaip magnetoelastinio jautrumo koeficientas… Jis apibrėžiamas kaip santykinio medžiagos magnetinio pralaidumo pokyčio santykis su jos santykine deformacija arba taikomu mechaniniu įtempimu. Ir kadangi santykinis ilgio pokytis ir mechaninis įtempis yra susiję Huko dėsnis, tada koeficientai yra susieti vienas su kitu Youngo moduliu:
Medžiagos magnetinio pralaidumo pokytis jos deformacijos metu gali būti konvertuojamas į elektrinį signalą naudojant indukcinį matavimą (indukcinį arba abipusį indukcinį konvertavimą).
Yra žinoma, kad ritės induktyvumas uždaroje pastovaus skerspjūvio magnetinėje grandinėje randamas pagal šią formulę:
Jei dabar magnetinė grandinė deformuojasi veikiant kokiai nors išorinei jėgai, tai pasikeis magnetinės grandinės (ritės šerdies) geometriniai matmenys ir magnetinis pralaidumas. Taigi mechaninė deformacija keičia ritės induktyvumą. Induktyvumo pokytis gali būti apskaičiuojamas naudojant diferenciaciją:
Feromagnetinės medžiagos, turinčios labai ryškų Villari efektą, leidžia:
Abipusio indukcinio matavimo konvertavimui keičiama ritių abipusė induktyvumas:
Villari efektas naudojamas šiuolaikiniuose magnetoelastinguose matavimo keitikliuosekurios leidžia išmatuoti reikšmingas jėgas ir slėgius, mechaninius įtempius ir deformacijas įvairiuose objektuose.