Effetto Villari, effetto magnetoelastico — il fenomeno inverso della magnetostrizione
Effetto Villari prende il nome da un fisico italiano Emilia Villariche scoprì questo fenomeno nel 1865. Il fenomeno è anche chiamato effetto magnetoelastico… La sua essenza fisica risiede nel cambiamento della permeabilità magnetica, nonché nelle proprietà magnetiche associate dei ferromagneti durante la deformazione meccanica di campioni realizzati con questi ferromagneti. Il lavoro si basa su questo principio trasduttori di misura magnetoelastici.
Ad esempio, guarda dei cicli di isteresi permaloide e nichel in condizioni operative su provini sollecitati meccanicamente realizzati con questi materiali. Quindi, quando un campione di nichel viene allungato, all'aumentare della sollecitazione di trazione, il ciclo di isteresi si inclina. Ciò significa che più il nichel viene allungato, minore è la sua permeabilità magnetica. Anche la resistenza alla trazione del nichel diminuisce. E permaloy è l'opposto.
Quando il campione di permalloy viene allungato, la forma del suo ciclo di isteresi si avvicina a quella rettangolare, il che significa che la permeabilità magnetica del permalloy aumenta durante lo stiramento e aumenta anche l'induttanza residua. Se la sollecitazione passa dalla tensione alla compressione, anche il segno della variazione dei parametri magnetici viene invertito.
La ragione della manifestazione dell'effetto Villari dei ferromagneti sotto deformazione è la seguente. Quando uno stress meccanico agisce su un ferromagnete, cambia la sua struttura di dominio, cioè i confini del dominio si spostano, i loro vettori di magnetizzazione ruotano. Questo è simile alla magnetizzazione del nucleo con una corrente. Se questi processi hanno la stessa direzione, la permeabilità magnetica aumenta, se la direzione dei processi è opposta, diminuisce.
L'effetto Villari è reversibile, da qui il suo nome effetto magnetostrittivo inverso… L'effetto della magnetostrizione diretta consiste nella deformazione di un ferromagnete sotto l'azione di un campo magnetico ad esso applicato, che porta anche ad uno spostamento dei confini del dominio, ad una rotazione dei vettori dei momenti magnetici, mentre il reticolo cristallino della sostanza cambia il suo stato energetico a causa di un cambiamento nelle distanze di equilibrio dei suoi nodi, a causa dello spostamento degli atomi dalle loro posizioni originali. Il reticolo cristallino è deformato in modo tale che per alcuni campioni (ferro, nichel, cobalto, loro leghe, ecc.) l'allungamento raggiunge 0,01.
COSÌ, magnetostrizione — la proprietà di alcuni metalli e leghe ferromagnetiche di deformarsi (contrarsi o espandersi) durante la magnetizzazione e, al contrario, di modificare la magnetizzazione durante la deformazione meccanica.
Questo fenomeno viene utilizzato per implementare risonatori magnetostrittivi, in cui la risonanza meccanica si verifica sotto l'azione di campi magnetici alternati. I risonatori magnetostrittivi possono essere prodotti per frequenze fino a 100 kHz e anche superiori, ea queste frequenze trovano varie applicazioni per la stabilizzazione di frequenza (simile al quarzo piezoelettrico) per la ricezione di ultrasuoni, ecc.
Dal punto di vista dell'effetto magnetoelastico, il materiale può essere caratterizzato da un parametro come coefficiente di suscettibilità magnetoelastica… È definito come il rapporto tra la variazione della permeabilità magnetica relativa di una sostanza e la sua deformazione relativa o la sollecitazione meccanica applicata, e poiché la variazione relativa di lunghezza e la sollecitazione meccanica sono correlate Legge di Hooke, allora i coefficienti sono correlati tra loro dal modulo di Young:
La variazione della permeabilità magnetica di un materiale durante la sua deformazione può essere convertita in un segnale elettrico mediante misurazione induttiva (conversione induttiva o mutua induttiva).
È noto che l'induttanza di una bobina su un circuito magnetico chiuso di sezione costante si trova con la seguente formula:
Se ora il circuito magnetico viene deformato dall'azione di una forza esterna, le dimensioni geometriche e la permeabilità magnetica del circuito magnetico (nucleo della bobina) cambieranno. Pertanto, la deformazione meccanica modifica l'induttanza della bobina. La variazione di induttanza può essere calcolata utilizzando la differenziazione:
I materiali ferromagnetici con un effetto Villari molto pronunciato consentono di prendere:
Per la conversione della misura induttiva reciproca, l'induttanza reciproca delle bobine viene modificata:
L'effetto Villari viene utilizzato nei moderni trasduttori di misura magnetoelasticiche consentono di misurare forze e pressioni significative, sollecitazioni meccaniche e deformazioni in vari oggetti.