МАГНИТОСТРИКЦИЯ


МАГНИТОСТРИКЦИЯ
МАГНИТОСТРИКЦИЯ

       
(от магнит и лат. strictio — сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при его намагничивании; открыто англ. учёным Дж. Джоулем (1842). В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb, Dy и др., в ряде сплавов, ферритах) М. достигает значит. величины (относит. удлинение Dl/l =10-5—10-2). В антиферро-, пара- и диамагнетиках М. в большинстве случаев очень мала (10-6—10-7). Обратное по отношению к М. явление — изменение намагниченности ферромагн. образца при деформации — наз. магнитоупругим эффектом или Виллари эффектом.
В теории магнетизма М. рассматривают как результат проявления осн. типов вз-ствий в ферромагн. телах: электрического обменного вз-ствия и магн. вз-ствия (см. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ), В соответствии с этим возможны два вида различных по природе магнитострикц. деформаций тел (их крист. решётки): за счёт изменения магн. сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.
При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале от нулевого поля до поля напряжённостью Hs, в к-ром образец достигает техн. магн. насыщения Js. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и поворота магн. моментов доменов по полю. Оба эти процесса изменяют энергетич. состояние крист. решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между ее узлами. В результате атомы смещаются, происходит деформация решётки. М. этого вида зависит от направления и величины намагниченности J (т. е. анизотропна) и проявляется в осн. в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.). Для расчёта линейной М. существуют феноменологич. ф-лы. Так, М. ферромагн. кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по ф-ле:
МАГНИТОСТРИКЦИЯ1
где si, sj и bi, bj — направляющие косинусы вектора Js и направления измерения (относительно рёбер куба), a1 и a2 — константы анизотропии М., численно равные:
МАГНИТОСТРИКЦИЯ2
где (Dl//l)(100) и (Dtl/l)(111) — максимальные линейные М. соотв. в направлении ребра и диагонали ячейки, кристалла; их называют магнитострикц. постоянными. Величину ls=(Dl/l)s наз. М. насыщения.
М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше техн. насыщения, где магн. моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абс. величины J (парапроцесс). М. за счёт обменных сил в кубич. кристаллах изотропна, т. е. проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (напр., в Gd, Tb и др. редкозем. металлах) эта М. анизотропна. М. за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных темп-рах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагн. св-ва в-ва. Однако в нек-рых сплавах с малым коафф. теплового расширения (инварных магн. сплавах) М. велика (в магн. полях = 8•104 А/м (103 Э) отношение DV/V=10-5). Значительная М. при парапроцессе характерна также для ферритов и редкозем. металлов и сплавов при разрушении ни создании в них магн. полем неколлинеарных магнитных структур.
М. относится к т, н. чётным магн. эффектам, т. к. она не зависит от знака магн. поля. Наиболее исследована М. в поликрист. ферромагнетиках. Обычно измеряется относит. удлинение образца в направлении ноля H (п р о д о л ь н а я М.) или перпендикулярно направлению поля (п о п е р е ч н а я М.). Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная М. в области полей техн. намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины имеют одинаковый знак (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная М. отрицательны. У Fe (рис. 2) продольная М. в слабом магн. поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная М. отрицательна.
МАГНИТОСТРИКЦИЯ3
Рис. 1. Продольная (I) и поперечная (II) магнитострикция сплава Ni (36%) — Fe (64%). в слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный хар-р).
МАГНИТОСТРИКЦИЯ4
Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликрист. металлов, сплавов и соединений от напряжённости магн. поля.
Большинство сплавов Fe — Ni, Fe — Со, Fe — Pt и др. имеют положительную продольную М.: Dl/l =(1—10)•10-6. Значительной продольной М. обладают сплавы Fe — Pt, Fe — Pd, Fe — Co, Mn — Sb, Mn — Cu — Bi, Fe — Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe2O4: Dl/l= (2—25)•10-4. Рекордно высока М. у нек-рых редкозем. металлов, их сплавов и соединений: у Tb и Dy, TbFe2 и DyFe2, ферритов-гранатов (напр., Tb3Fe5O12) Dl/l =10-3—10-2 (в зависимости от величины приложенного поля, при низких темп-pax). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U3As4, U3P4 и др.). Величина, знак и графич. ход зависимости М. от напряжённости поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (кристаллографич. текстуры, примесей посторонних элементов, термич. и холодной обработки). М. в области техн. намагничивания обнаруживает явление гистерезиса (рис. 3). Исследование М., особенно в области техн. намагничивания, помогает в изысканиях новых магнитных материалов как с высокой М. (см. МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ), так и с низкой (напр., отмечено, что высокая магн. проницаемость сплавов Fe — Ni типа пермаллоя связана с тем, что в них мала М. (наряду с малым значением константы магнитной анизотропии)).
М. влияет на тепловое расширение ферро-, ферри- и антиферромагнетиков, т. к. действие обменных (а в общем случае и магнитных) сил проявляется не только в магн. поле, но также и при нагревании тел в отсутствии поля (т е р м о с т р и к ц и я). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно
МАГНИТОСТРИКЦИЯ5
Рис. 3. Магнитострикц. гистерезис железа.
вблизи точек магнитных фазовых переходов (точек Кюри и Нееля, при темп-ре перехода коллинеарной магн. структуры в неколлинеарную и др.). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение иногда приводит к аномально малому значению коэфф. теплового расширения у нек-рых материалов, напр. у сплавов типа инвар (36% Ni, 64% Fe).
Большие аномалии модулей упругости и внутр. трения, также наблюдаемые в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках в окрестности точек Кюри и Нееля и др. магн. фазовых переходов, обязаны влиянию М., возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферри-магн. тела упругих напряжений в них даже при отсутствии внеш. магн. поля происходит перераспределение магн. моментов доменов (в общем случае изменяется и абс. величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнит. деформацией тела магнитострикц. природы — механострикцией. В непосредств. связи с механострикцией находится явление изменения под влиянием магн. поля модуля упругости ферромагн. металлов (DE-эффект).
Для измерения М. наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие наблюдать относит. изменения длины образца =10-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехн. и пнтерференц. методы. Получил распространение также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку, включённую в одно из плеч моста измерительного. Изменение длины проволочки и её электрич. сопротивления при магнитострикц. изменении размеров образца с высокой точностью фиксируют электроизмерит. прибором. На явлении М. основано действие магнитострикц. преобразователей (датчиков) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехн. устройствах, магнитострикц. линий задержки в акустике и т. д.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

МАГНИТОСТРИКЦИЯ

(от лат. strictio - сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при его намагничивании; открыто в железе Дж. П. Джоулем (J. P. Joule, 1842). Явление M. свойственно всем веществам как сильномагнитным (ферро-, ферри- и антиферромагнетикам), так и диа- и парамагнетикам, поскольку отражает взаимосвязь подсистем атомных магнитных моментов и кристаллической решётки. В сильномагн. веществах M. достигает значит, величины (относит, удлинение 3002-1.jpg 10-2). В диа- и парамагнетиках в большинстве случаев M. мала (10-7-10-5), но имеются исключения: Bi и редкоземельные парамагнетики, в к-рых она достигает 10~4. Существует ряд родственных M. явлений: спонтанная деформация решётки, или спонтанная M., сопутствующая изменению магн. состояния вещества при нагреве (иногда её наз. термострикцией); часть упругой деформации магнитострикц. природы, возникающей при действии механич. напряжений (механострикция); обратное по отношению к M. явление - изменение намагниченности магнетика при действии на него механич. напряжений (маг-нитоупругий эффект, или обратная M.).

В теории магнетизма рассматриваются разл. микро-скопич. механизмы M.: за счёт изменения магн. ди-полъ-диполъного взаимодействия, спин-орбитального взаимодействия, а также взаимодействия анизотропного электронного облака атома переходного элемента с внутрикристаллическим полем("одноионная" M.) и за счёт изменения обменных сил как между атомами, так и между электронами. В ферро- и ферримагнетиках в диапазоне значений магн. поля, где протекают процессы смещения доменных границ и вращение векторов Ms спонтанной намагниченности (см. Намагничивание), проявляется анизотропия M. - зависимость её величины и знака от направления в кристалле, при этом M. проявляется в изменении формы кристалла без изменения его объёма (линейная M.). Расчёты линейной M. в кристаллах осуществляют по феноменоло-гич. ф-лам. Так, для расчёта M. ферро- и ферримагн. кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, применяется ф-ла

3002-2.jpg

где ,si, sj и 3002-3.jpg- направляющие косинусы векторов Ms и направления измерения по отношению к рёбрам куба, a1 и a2 - константы анизотропии M., численно равные:

3002-4.jpg

где 3002-5.jpg и 3002-6.jpg- макс, линейные M. соответственно вдоль ребра и пространств, диагонали куба. Для ферро- и ферримагнетиков иной кристаллич. симметрии ф-лы для расчёта анизотропии M. носят более сложный характер. Путём усреднения по различным si, sj, bi и bj может быть получена ф-ла для расчёта M. поликристаллич. образцов (при условии, что a1 и a2 одного знака и близки друг другу по величине). Так, для Ni и сплавов Fe - Ni применима ф-ла

3002-7.jpg

где u - угол между направлением напряжённости магн. поля H и направлением измерения линейной M. внутри поликристаллич. образца. Обычно M. измеряют вдоль направления H(u = 0) и поперёк H(u = 90°), т. е. определяют значения продольной 3002-8.jpg и поперечной 3002-9.jpgM. Для большинства ферромагнетиков они имеют разные знаки.

В области парапроцесса в кубич. ферромагнетиках M. проявляется в изменении объёма (объёмная M.), иногда её наз. обменной M., поскольку она обусловлена изменением обменного взаимодействия и обычно велика вблизи Кюри точки. Здесь её зависимость от H может быть рассчитана по феноменологич. ф-лам, вытекающим из термодинамич. теории фазовых переходов Ландау или теории молекулярного поля. Вдали от точки Кюри для большинства ферромагнетиков M. пара-процесса мала. Однако в т. н. зонных ферромагнетиках (см. Зонный магнетизм )она очень велика, даже при гелиевых темп-pax. Большая M. парапроцесса характерна для ферро- и ферримагнетиков при разрушении полем H существующих в них неколлинеарных магн. структур, т. к. при этом сильно изменяется обменная энергия.

M. относится к т. п. чётным магн. эффектам, т. к. не изменяет своей величины и знака при изменении направления поля H (или вектора M8) на противоположное.


Рис. 1. Зависимость продольной магнитоетрикции (D//Z) от напряжённости магнитного поля H(1Э = 79,6 А/м) для ряда металлов, их соединений и сплавов.


3002-10.jpg


В пьезомагнетиках (см. Пъезомагнетизм )наблюдается M., линейная по магн. полю. M. исследована во многих поли- и монокристаллич. образцах ферро- и ферримагнетиков. У Fe (рис. 1) продольная M. в слабом магн. поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле отрицательна (укорочение). Для Ni при всех значениях поля продольная M. отрицательна. Большинство сплавов: Fe - Ni, Fe - Со, Fe - Pt и др. имеют положит, продольную M.:3002-11.jpg ~(10-100)*10-6, в то же время в них поперечная M. отрицательна. Для сплавов Fe - Ni т. н. инварного состава (30-45% Ni) при комнатных и даже низких темп-pax продольная и поперечная M. в полях H> Hs (область прозрачности) имеют одинаковые положит, знаки (рис. 2), здесь M. выражается в изменении объёма.


Рис. 2. Продольная (I) и поперечная (II) магнитострикция сплава, содержащего 36% Fe, 64% Ni. В слабых полях H они имеют разные знаки, в сильных (при парапроцессе) - одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер).


3002-12.jpg

Необычайно высоки M. у нек-рых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений: у Tb и Dy, TbFe2 и DyFe2, феррита-граната Tb3Fe5O12 и др. (т. н. гигантская M.). В табл. приведены данные о M. в полях магн. насыщения редкоземельных магнетиков и для сопоставления - значения M. для Fe, Ni и Со.


Гигантская M. обнаружена у ряда соединений урана (U3As4, U3 P4) и др. актинидов. Микроскопич. природа огромной M. редкоземельных и актинидных магнетиков связана с сильным взаимодействием пространственно-анизотропного облака f -электронов атомов с впутрикристаллич. полем.


3002-13.jpg

Исследование M., особенно в области техн. намагничивания, помогает в изысканиях новых магнитных материалов. Так, высокая магн. проницаемость сплавов типа пермаллоя связана с тем, что в них мала энергия магнитоупругой анизотропии вследствие малой величины M. (наряду с малым значением константы магн. кристаллографич. анизотропии). Эффект спонтанной M. влияет на тепловое расширение ферро-, ферри-и антиферромагнетиков, приводя в ряде случаев к компенсации его или к аномально малому коэф. теплового расширения (инвар-эффект). Большие аномалии модулей упругости, возникающие в нек-рых ферро- и анти-ферромагн. сплавах (элинварах) за счёт влияния спонтанной M., приводят к малым значениям температурных коэф. их модулей упругости. Кроме того, при воздействии на ферромагнетики упругих напряжений в них даже при отсутствии внеш. магн. поля происходит перераспределение магн. моментов доменов (в ряде случаев изменяется и абс. величина Af8 домена), что приводит к изменению модулей упругости (явление ме-ханострикции).

В непосредств. связи с механострикцией находится изменение под влиянием внеш. магн. поля модуля упругости ферро-, ферри-и антиферромагн. тел (DE -эффект). M. является очень чувствительным индикатором к разл. магн. процессам и магнитным фазовым переходам, и поэтому её измерения широко используются при магн. исследованиях.

Для измерения M. применяют установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие наблюдать относит, изменения длины образца ~10-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехн. и интерференц. методы. Распространён также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку (с большим уд. сопротивлением), включённую в одно из плеч измерит, моста. Применяются также разл. методики измерения динамич. M. (в переменных магн. полях).

На явлении M. основано действие магнитострикц. преобразователей: излучателей и приёмников звука, фильтров, стабилизаторов частоты, линий задержки в радиотехн. и акустич. устройствах, устройств микро-перемещений, реле и др. Для этого применяются магнитострикц. материалы с разл. параметрами.

Лит.: Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках, [2 изд.], M., 1957; его же, Магнитострикционные явления и их технические приложения, M., 1987; Вонсовский С. В., Магнетизм, M., 1971.

К. П. Белов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "МАГНИТОСТРИКЦИЯ" в других словарях:

  • магнитострикция — магнитострикция …   Орфографический словарь-справочник

  • МАГНИТОСТРИКЦИЯ — (от магнит и лат. strictio сжатие натягивание), изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании; вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между… …   Большой Энциклопедический словарь

  • магнитострикция — сущ., кол во синонимов: 1 • стрикция (5) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • МАГНИТОСТРИКЦИЯ — явление изменения формы и размеров тела при намагничивании; характерна для ферромагнитных веществ и измеряется относительной величиной удлинения ферромагнетика при намагничивании его до насыщения. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра.… …   Геологическая энциклопедия

  • магнитострикция — Изменения габаритов тела при воздействии магнитного поля. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN magnetostriction …   Справочник технического переводчика

  • МАГНИТОСТРИКЦИЯ — изменение размеров и формы кристаллических тел (главным образом ферро и ферримагнетиков) при намагничивании; вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решётки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между узлами… …   Большая политехническая энциклопедия

  • магнитострикция — (от магнит и лат. strictio  сжатие, натягивание), изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании; вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решётки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между… …   Энциклопедический словарь

  • Магнитострикция — (от магнит и лат. strictio сжатие, натягивание)         изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем (См. Джоуль) в 1842. В ферро и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb и других, ряде сплавов, ферритах) М …   Большая советская энциклопедия

  • Магнитострикция — (от лат. strictio  сжатие, натягивание)  явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются. Эффект открыт Джоулем в 1842 году и вызван изменением взаимосвязей… …   Википедия

  • Магнитострикция — [magnetostriction] изменение размеров и формы тела при его намагничивании. Различают линейную и объемную магнитострикцию. Линейная магнитострикция характеризуется относительным удлинением Δl и для ферро и ферри магнетиков лежит в пределах 10 6 10 …   Энциклопедический словарь по металлургии

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.