Магнитострикция

МагнитострикцияМАГНИТОСТРИКЦИЯ, изменение размеров ферромагнитных тел (железо, кобальт и никель) при помещении их в магнитное поле. При продольном намагничении железных стержней длина их увеличивается при значениях поля меньших 100 гауссов, а затем начинает уменьшаться, причем изменение длины стремится к предельному значению, равному 5·10-6 - 7·10-6 всей длины. Кобальт в холодном состоянии укорачивается при слабых полях (до 150 гауссов), в более сильных полях наблюдается удлинение. Раскаленный докрасна кобальт укорачивается при всех значениях поля. Наиболее резко магнитострикция выражена у никеля (максимальное изменение длины достигает 40·10-6 всей длины образца), причем при всех значениях поля происходит укорочение. Сплавы железа с никелем дают удлинение при содержании никеля не более 80%, при большем количестве никеля возникает укорочение. Величина удлинения в чистых металлах при полях средней силы пропорциональна квадрату намагничения; от знака поля величина и знак магнитострикции не зависят.

В кристаллических формах магнитострикция различна по направлению кристаллических осей. При одновременном продольном и циркулярном намагничении стержень испытывает закручивание. Кроме изменения длины при магнитострикции наблюдается также небольшое изменение объема ферромагнетика (от 1·10-6 в до 2·10-6 всего объема), причем кобальт уменьшает свой объем, железо же и никель увеличивают его. Сплавы железа с никелем дают большее увеличение объема (до 60·10-6), уменьшающееся с возрастанием содержания никеля. Влияние температуры на магнитострикцию очень велико: при 186°С железо дает значительное укорочение, уменьшающееся при повышении температуры; при 200°С наблюдается удлинение, увеличивающееся до 600°С и затем снова уменьшающееся, причем при температурах, близких к точке Кюри, магнитострикционные явления исчезают. При изменении величины магнитного поля наблюдается «гистерезис» магнитострикционных явлений, проявляющийся в существовании остаточного изменения длины при исчезновении поля. Натяжение ферромагнитной проволоки оказывает значительное влияние на магнитострикцию, причем удается установить параллелизм между явлениями магнитного гистерезиса и магнитострикции. Удовлетворительной теории магнитострикционных явлений пока не существует.

Магнитострикция

При перемагничивании ферромагнитных стержней переменным током величина удлинения их периодически меняется, благодаря чему стержень может совершать механические колебания. Если стержень длиною l см закреплен посредине, то он обладает собственным периодом механических колебаний, частота которых N определяется из соотношения: N = v/2l,  где v - скорость звука в стержне. Если частота переменного магнитного поля соответствует собственной частоте стержня (или одного из его обертонов), то колебания стержня делаются наиболее интенсивными. Этим способом можно получить сильные звуки строго определенной частоты. Интенсивное возбуждение стержня возможно не только основной частотой магнитного поля, но и его обертонами, если они достаточно сильны. При помещении стержня в катушку колебательного контура генератора незатухающих электромагнитных колебаний, частоты которых соответствуют собственной частоте колебаний стержня, последний может (при надлежаще выбранной схеме включения) оказывать стабилизирующее действие на частоту колебаний генератора, которая будет оставаться постоянной при небольших изменениях емкости колебательного контура и его режима. Пользуясь приводимой схемой (см. фиг.) и стержнем S, сделанным из нихрома, температурный коэффициент которого очень мал, а величина магнитострикции значительна, Пирс мог поддерживать частоту колебаний постоянной с точностью до 0,01%. Стабилизация колебаний при помощи пьезокварца дает лучшие результаты (постоянство частоты сохраняется с точностью до 0,001%), но применение пьезокварца на низких частотах невозможно, так как кварцевые пластинки должны быть очень толсты; при помощи же стриктирующего стержня достаточной длины, изготовление которого не представляет затруднений, возможна вполне удовлетворительная стабилизация колебаний довольно низкой частоты (при длине стержня в 1 м собственная его частота равна приблизительно 2500 колебаний в секунду). На высоких же частотах (свыше 250000 колебаний в сек.) магнитострикционная стабилизация делается невозможной, т. к. длина стержня, обладающего собственным соответственным периодом, оказывается слишком незначительной (около 1 см).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 12 - 1932 г.