Магнитострикция

Магнитостри́кция (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 между атомами в кристаллической решётке, и поэтому свойствен всем веществам. Изменение формы тела может проявляться, например, в растяжении, сжатии, изменении объёма, что зависит как от действующего магнитного поля, так и от кристаллической структуры тела. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов. Их относительное удлинение $\Delta L/L$ обычно варьируется в пределах $10^{-5} \cdots 10^{-2}$.

Магнитострикционный эффект является обратимым, то есть при изменении линейных размеров тела под действием внешних сил его магнитные свойства соответственно изменяются. Это явление называется магнитоупругим эффектом (эффект Виллари).

Эффект «жужжания»

Низкочастотный трансформатор.

При работе многих электроприборов можно услышать исходящий от них шум. Шум устройств, питающихся от бытовой электросети может быть похож на жужжание или гудение (послушать гудение (инф.)). Одна из возможных причин^[1] этого — магнитострикция сердечников в индуктивных конструкциях, таких как трансформаторы или дроссели. При протекании переменного тока через их катушки создаётся переменное магнитное поле такой же частоты, которое заставляет ферромагнитные сердечники сжиматься и растягиваться (с частотой 100 Гц для 50 Гц тока или кратных частотах), которые, в свою очередь, передают эти колебания в воздух и другим элементам конструкции. Громкий шум может значительно ухудшить экологическую ситуацию окружающего пространства. Действие вибрации на внутренние элементы конструкции может послужить причиной развития трещин, способных вывести прибор из строя.

Этот пример хорошо иллюстрирует явление, но по сути им не является: гудят, отталкиваясь, пластины, из которых набран сердечник, — стоит залить его клеем или, как это делали раньше, вбить деревянную щепку и гудение прекратится. Сплошные сердечники «гудят» так слабо, что нужен специальный прибор, чтобы зафиксировать изменение.

Использование в технике

Измерение уровня

Для измерения уровня жидкости, в резервуаре устанавливают вертикальный волновод из магнитострикционного материала. Это делают таким образом, чтобы оголовок волновода размещался на внешней верхней поверхности резервуара, а нижний конец упирался в дно. На волновод насаживают кольцевой поплавок, который содержит постоянные магниты и свободно плавает на поверхности жидкости. Из оголовка в волновод подаётся ультразвуковой импульс. Из-за магнитострикционного эффекта (в данном случае эффекта обратного: эффекту Виллари) поплавок создаёт механическую деформацию волновода. Отразившись от этой деформации, ультразвуковой импульс возвращается в оголовок, где происходит измерение времени его прихода. По этому времени судят о высоте расположения поплавка на волноводе, а значит и о уровне жидкости в резервуаре^[2].

При использовании поплавков с различной удельной массой возможно измерение не только уровня жидкости (уровня границы раздела жидкой и газообразной фазы), но и уровни раздела сред с отличающейся плотностью (например, бензина и подтоварной воды).

На практике данный метод используется для измерения уровня в резервуарах высотой до 18 м и обеспечивает достаточно низкую абсолютную погрешность измерений — около 1 мм.

Генерация ультразвука

Магнитострикция используется для генерации ультразвука и гиперзвука. Для гиперзвука с частотой порядка 1 ГГц магнитострикция остается практически единственным реальным методом его получения^{[источник не указан 581 день]}.

Метки в антикражевых системах

В некоторых антикражевых системах используются метки, принцип работы которых основан на использовании материалов с большим магнитострикционным эффектом.

Примечания

1. ↑ Бывают и другие причины, например, вибрация незакреплённых обмоток и т. п.
2. ↑ В. Ю. Кузьминов, А. Г. Фролов Магнитосрикционный уровнемер // Журнал Сфера Нефтегаз №1, 2012 г. стр. 26-28

Ссылки

• Магнитострикционный эффект
• Физическая энциклопедия, т.3. — М.:Большая Российская Энциклопедия,1994,ISBN 5-85270-019-3, стр.10, стр.11 и стр.12.

См. также

• Электрострикция
• Эффект Виллари