Efek Villari, efek magnetoelastik — fenomena kebalikan dari magnetostriksi

efek villari dinamai menurut seorang fisikawan Italia Emilio Villariyang menemukan fenomena ini pada tahun 1865. Fenomena ini disebut juga efek magnetoelastik… Esensi fisiknya terletak pada perubahan permeabilitas magnetik, serta sifat magnetik feromagnet yang terkait selama deformasi mekanis sampel yang terbuat dari feromagnet ini. Pekerjaan didasarkan pada prinsip ini transduser pengukur magneto-elastis.

Misalnya, lihat dari loop histeresis permaloid dan nikel dalam kondisi operasi pada spesimen yang diberi tekanan mekanis yang terbuat dari bahan ini. Jadi ketika sampel nikel diregangkan, saat tegangan tarik meningkat, loop histeresis menjadi miring. Ini berarti semakin banyak nikel yang diregangkan, semakin rendah permeabilitas magnetiknya. Kekuatan tarik nikel juga menurun. Dan permaloy sebaliknya.

Ketika sampel permalloy diregangkan, bentuk loop histeresisnya mendekati persegi panjang, yang berarti permeabilitas magnetik permalloy meningkat selama peregangan, dan induktansi sisa juga meningkat. Jika tegangan berubah dari tarik ke tekan, maka tanda perubahan parameter magnetik juga terbalik.

Alasan manifestasi efek Villari dari feromagnet di bawah deformasi adalah sebagai berikut. Ketika tekanan mekanis bekerja pada feromagnet, ia mengubah struktur domainnya, yaitu, batas domain bergeser, vektor magnetisasinya berputar. Ini mirip dengan memagnetisasi inti dengan arus. Jika proses ini memiliki arah yang sama, maka permeabilitas magnetik meningkat, jika arah prosesnya berlawanan, itu berkurang.

Efek Villari dapat dibalik, karena itulah namanya membalikkan efek magnetostriktif… Efek dari magnetostriksi langsung terdiri dari deformasi feromagnet di bawah aksi medan magnet yang diterapkan padanya, yang juga mengarah pada perpindahan batas domain, ke rotasi vektor momen magnetik, sedangkan kisi kristal zat mengubah keadaan energinya karena perubahan jarak kesetimbangan simpulnya, karena perpindahan atom dari tempat asalnya. Kisi kristal berubah bentuk sehingga untuk beberapa sampel (besi, nikel, kobalt, paduannya, dll.) elongasi mencapai 0,01.

Jadi, magnetostriksi - sifat beberapa logam dan paduan feromagnetik untuk berubah bentuk (berkontraksi atau mengembang) selama magnetisasi dan, sebaliknya, untuk mengubah magnetisasi selama deformasi mekanis.

Fenomena ini digunakan untuk mengimplementasikan resonator magnetostriktif, di mana resonansi mekanis terjadi di bawah pengaruh medan magnet bolak-balik. Resonator magnetostriktif dapat diproduksi untuk frekuensi hingga 100 kHz dan bahkan lebih tinggi, dan pada frekuensi ini mereka menemukan berbagai aplikasi untuk stabilisasi frekuensi (mirip dengan kuarsa piezoelektrik) untuk menerima ultrasound, dll.

Dari sudut pandang efek magnetoelastik, material dapat dicirikan oleh parameter seperti koefisien suseptibilitas magnetoelastik... Ini didefinisikan sebagai rasio perubahan permeabilitas magnetik relatif suatu zat terhadap regangan relatifnya atau terhadap tekanan mekanik yang diterapkan Dan karena perubahan relatif dalam panjang dan tekanan mekanik terkait hukum Hooke, maka koefisien dihubungkan satu sama lain dengan modulus Young:

Perubahan permeabilitas magnetik suatu material selama deformasi dapat diubah menjadi sinyal listrik menggunakan pengukuran induktif (konversi induktif atau mutual induktif).

Diketahui bahwa induktansi kumparan pada rangkaian magnetik tertutup penampang konstan ditemukan dengan rumus berikut:

Jika sekarang sirkuit magnetik dideformasi oleh aksi beberapa gaya eksternal, maka dimensi geometris dan permeabilitas magnetik sirkuit magnetik (inti koil) akan berubah. Dengan demikian, deformasi mekanis mengubah induktansi koil. Perubahan induktansi dapat dihitung menggunakan diferensiasi:

Bahan feromagnetik dengan efek Villari yang sangat menonjol memungkinkan untuk mengambil:

Untuk konversi pengukuran induktif timbal balik, induktansi timbal balik dari kumparan diubah:

Efek Villari digunakan dalam transduser pengukur magneto-elastis modernyang memungkinkan Anda mengukur gaya dan tekanan yang signifikan, tekanan mekanis, dan deformasi pada berbagai objek.