Villari efekts, magnetoelastiskais efekts — magnetostrikcijas apgrieztā parādība
Villari efekts Nosaukts itāļu fiziķa vārdā Emilio Viljarikas atklāja šo parādību 1865. Parādību sauc arī magnetoelastīgais efekts… Tā fiziskā būtība slēpjas magnētiskās caurlaidības izmaiņās, kā arī ar to saistītajās feromagnētu magnētiskajās īpašībās no šiem feromagnētiem izgatavoto paraugu mehāniskās deformācijas laikā. Darbs ir balstīts uz šo principu magnetoelastīgie mērpārveidotāji.
Piemēram, paskaties histerēzes cilpas permaloīds un niķelis darbības apstākļos uz mehāniski nospriegotiem paraugiem, kas izgatavoti no šiem materiāliem. Tātad, kad niķeļa paraugs tiek izstiepts, palielinoties stiepes spriegumam, histerēzes cilpa sasveras. Tas nozīmē, ka jo vairāk niķelis ir izstiepts, jo zemāka ir tā magnētiskā caurlaidība. Samazinās arī niķeļa stiepes izturība. Un permaloy ir pretējs.
Kad permalloy paraugs ir izstiepts, tā histerēzes cilpas forma tuvojas taisnstūrveida formai, kas nozīmē, ka stiepšanās laikā palielinās permalloy magnētiskā caurlaidība un palielinās arī atlikušā induktivitāte. Ja spriegums mainās no spriedzes uz kompresiju, tad arī magnētisko parametru izmaiņu zīme tiek apgriezta.
Feromagnētu Villari efekta izpausmes iemesls deformācijas laikā ir šāds. Kad mehāniskais spriegums iedarbojas uz feromagnētu, tas maina tā domēna struktūru, tas ir, domēna robežas mainās, to magnetizācijas vektori griežas. Tas ir līdzīgi kodola magnetizēšanai ar strāvu. Ja šiem procesiem ir vienāds virziens, tad magnētiskā caurlaidība palielinās, ja procesu virziens ir pretējs, tā samazinās.
Villari efekts ir atgriezenisks, tāpēc arī tā nosaukums reversais magnetostriktīvs efekts… Tiešās magnetostrikcijas efekts izpaužas kā feromagnēta deformācija tam pieliktā magnētiskā lauka iedarbībā, kas arī noved pie domēna robežu nobīdes, magnētisko momentu vektoru rotācijas, kamēr kristāla režģis. viela maina savu enerģētisko stāvokli, mainoties tās mezglu līdzsvara attālumiem, atomu pārvietošanās dēļ no to sākotnējām vietām. Kristāla režģis ir deformēts tā, ka dažiem paraugiem (dzelzs, niķelis, kobalts, to sakausējumi u.c.) pagarinājums sasniedz 0,01.
Tātad, magnetostrikcija — dažu feromagnētisko metālu un sakausējumu īpašība deformēties (savilkties vai paplašināties) magnetizācijas laikā un, gluži pretēji, mainīt magnetizāciju mehāniskās deformācijas laikā.
Šo parādību izmanto magnetostriktīvo rezonatoru ieviešanai, kur mainīga magnētiskā lauka ietekmē notiek mehāniskā rezonanse. Magnetostriktīvos rezonatorus var ražot frekvencēm līdz 100 kHz un pat augstākām, un pie šīm frekvencēm tie atrod dažādus pielietojumus frekvenču stabilizācijai (līdzīgi pjezoelektriskajam kvarcam) ultraskaņas uztveršanai utt.
No magnetoelastīgā efekta viedokļa materiālu var raksturot ar tādu parametru kā Magnetoelastīgās jutības koeficients… To definē kā attiecību starp vielas relatīvās magnētiskās caurlaidības izmaiņu attiecībā pret tās relatīvo deformāciju vai pielietoto mehānisko spriegumu. Un tā kā relatīvās garuma izmaiņas un mehāniskā spriedze ir saistītas Huka likums, tad koeficienti ir saistīti viens ar otru ar Janga moduli:
Materiāla magnētiskās caurlaidības izmaiņas tā deformācijas laikā var pārvērst elektriskajā signālā, izmantojot induktīvo mērījumu (induktīvo vai savstarpējo induktīvo pārveidi).
Ir zināms, ka spoles induktivitāte slēgtā magnētiskajā ķēdē ar nemainīgu šķērsgriezumu tiek noteikta pēc šādas formulas:
Ja tagad magnētiskā ķēde tiek deformēta kāda ārēja spēka ietekmē, tad mainīsies magnētiskās ķēdes (spoles serdes) ģeometriskie izmēri un magnētiskā caurlaidība. Tādējādi mehāniskā deformācija maina spoles induktivitāti. Induktivitātes izmaiņas var aprēķināt, izmantojot diferenciāciju:
Feromagnētiskie materiāli ar izteikti izteiktu Villari efektu ļauj uzņemt:
Savstarpējai induktīvai mērījumu pārveidei tiek mainīta spoļu savstarpējā induktivitāte:
Villari efekts tiek izmantots mūsdienu magnetoelastīgajos mērpārveidotoskas ļauj izmērīt ievērojamus spēkus un spiedienus, mehāniskos spriegumus un deformācijas dažādos objektos.