Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 74
Текст из файла (страница 74)
васыщеиия, сн. Фгррамигигтигм) зависит от угла между иаправлевием измерения Л и вектором .11, а для авизотропвых веществ (мовокристаллов и искусстневно соэданвых текстур)— также от углов между ваправлевием измерения й и кристаллографич. осями. В полях, превышающих поле техпич. иасыщевин, линейная М. ве зависит от направления. При намагвичиванвп наряду с линейными размерами изменяется и объем тел (объемвая М.).
Продольная, поперечная и объемная М. у разных веществ могут иметь как положительный, так и отрицательный знаки и существенно различаться по величине (см. Магнитагтринпианиыг материалы). М. ве имеет сдвиговых комповеит, если тело до действия магнитного по- ля ие было намагничено. В случанх же, когда лектор Л ввправлев перпендпкулнрво вектору начальной иамагпичеивости, возникают сдвнговые деформации. Так, напр., при пропускзипи тока по желеаиому проводу, помещенному в продольное магнитное поле, провод закручвпаетсн (эффект Вндемана). С прямым эффектом М.
связан термодинамически обратный ему магвитострикциовиый эффект: изменение нал!агпичеввости 1 тел при их деформации, открытый в (005 Э. Внллари. В литературе обратный магвмтострнкцноиный эффект иаз. также магпитоупругим. Измевенне направления .Т ва противоположвое ве мевяет знак и величину М., поэтому ее можно представить как четную ф-цию 1. В простейших случаях М. пропорциональна 1» (в частности, при сильвам одвоосвом растя>кевин материалов с отрицательвой М. пли при сжатии мате- Л. юг 20 !2 О -п Рнс. !. Зависимость мвтннтострннинн мононрнотална Ре от надули безразмерной намагниченности )!71,! длн рззлнчных нрнстзллогрзфнчгсннх направлений ! — Поо); г — (!1о); г — (!!!).
риалов с поло>кительиов М.). Однако обычво аависимость 2[1) более сложив, а для нек-рых веществ, напр. для железа, с ростом 1 может проходить через максимум или минимум и мевнть знак (рнс. 1). В отличие от ф-ции Л(1) зависимости М. от магниткой индукции и вапряжепности магнитного полн Н, т. е. ф-ции й(Н) и МН), веодвозначпы и характеризуются гистереэпсом М. (рис. 2); при больших Н наблюдаетсн тендепцин к насыщению М. Кривые М. длн замкнутых н пезамквутых обравцов, напр. для колец и для стержней, могут существенно различаться вследствие влиянии размагвичивающнх полей.
Все перечнслеввые особеввоств М. объясннются механизмом вамагпичивавин ферро- и феррпмагветиков, млгиитострикция 202 к-рый связан с их доменной структурой и обусловлен двумя типами сил: обменными (имеющими злектрич. природу) и магнитными. Процесс технич. намагничивания в слабых и средних магнитных полях происходит -4 "3 -2 -1 О 1 2 3 М ил/М Рис. З. Гистереэис иагвитастрикции поликристаллического Н1 в эязвсииести от вапряжоввисти магвитвога поля Н: )в вачальвая крива» иагвитостривции цля раэмагвичеииого материала; э и 0 — вет- зи петли гистерезиса, под действием анизотропвых магнитных сил и сводится к смещению границ областей спонтанной намагниченности — далении — и к вращению последних в магнитном поле. В более сильных полях, превышающих поле технич.
насыщения, преобладает истинное намагничивание, т. е. изменение самого магнитного момента доменов, т.в. парапроцесс, обусловленный изотропвыми обменными силами, Поскольку и обменная, и магнитная энергии кристаллич. решетки являются ф-циями расстояния ме)кду магнитными атомами или ионами, то любое изменение магнитного состояния сопровождается деформацией решетки, т. е. М., причем в области технич. намагничивания М. должна быть анизотропной (зависящей от направления), а в области парапроцесса— изотропной. Т.
о., каждыи домен характеризуется наряду со спонтанной намагниченностью у, спонтанной М. йж Для кубич. кристаллов, а следовательно, и для наиболее употребительных магнитострикционных материалов полное описание магнитострикциовных свойсгв с учетом авизотропии требует задавив двух независимых составлвюших йю а имонно Х) и У . Константы )44 и )т Рассчитывают на основе квантовой теории М. с учетом не только магнитного спии-спинового, но и спин-орбитального взаимодействия.
Последнее особенно важно, т. к. именно оно определяет влияние деформации кристаллич. рошетки на магнитную энергию электронной подсистемы ферромагнитного кристалла. Для макроскопических изотропных полпкристаллич. веществ М. может быть рассчитана в простейших случаях путем усреднения доменных эффектов по объему тела с учетом всех возможных положении отдельных кристаллитов по отношению к направлениям векторов Хи, хх и к направлению измерения М. В области техвич.
намагничивания на величину М. и характер ее зависимости от Н оказывает существенное влияние текстура размагниченного состояния, т. е. упорядоченное расположение доменов при ! =- О. Такая текстура моя(ет возникнуть в растянутых или сжатых образцах (рис. 3), а также в результате нек-рых технологич. операций (штамповки, прокатки, прессования, термомеханич. и термомагиитной обработки). Указанные операции применяют иногда с целью увеличения вли уменьшения М. магнитных элементов различного назначения. Особый интерес с точки зрения использования эффекта М. в эхевжроакрСтицисхиз ЦРЕИОРаэооатиххХ ДЛЯ ИЗ- лучения и прийма звука представляют магнитострикционвые явления в магнитно-поляризованных средах, т.
е. в средах, имеющих отличную от нуля постоянную составляющую ин- Л и' Х,' — 1,5 40 5 Ш 2О го 2 0.5 )а 0 40 00 120 О 0,5 1,0 и д.л!» 0 (!(2,)' Рис. 3. Влияние ецеоосиых иехавических аацряжеиия и иа магивтоетривцию Иц п — при сжатии, б -- при раствжевии. зеачевия е з мпа: 1 — ( — 80); 2 — ( — ЗЦ; 3 — ( — 1,5); 0 — (-)-1Д 4 — (-)-104). дукцив: Во = )44ВО-)- до!о (где ро = = 4л.20 гр)и — магнитная постоянная). Индукция Во может бить создана с помощью постоянных маги)пов или пропусканием постоянного (подмагвичивающего) тока по специальной обмотке, или, наконец, за счет использования остаточной намагниченности вещества.
Если одновременно с Во действует также переменная ин- 202 млгнитострикння дукция В, то возникают механич. колебания той же частоты, что и частота колебаний В. При переменном механич. воздействии на намагниченный постоянным полем образец набл»даются переменные составляющие Н, В н 1, изменяющиеся с частотой воабуждающего механич. напряжения о или деформации и. Если «„то между механич. перемениымв (о, и) и л>агнитными (Н, В, 1) существуют линейные соотношения. Т. о., колебания малой амплитуды в поляриаованном магиитострикционном материале внешне аналогичны пьезоэлектричесннм (см. Нье»оелектричеет«о).
Поэтому кх часто наз, «пьезомагнитными», хотя они являются следствием линеариаации эффекта М. болыпнм постоянным полем и не имеют отношения к истинному пьеаомагнетиэму, существующему в нек-рых антиферромагнетиках. разлагая термодинамвч. ф-дии магнитно-поляризованной среды в степенные ряды по малым величинам 1, Н, о и и и сохраняя только линейные члены, можно получить четыре пары изотермич. магнитострикционных («пьезомагнитных>) ур-ний состояния, соответствующих рааличному выбору независимых переменных.
В матричной форме эти ур-ния записываются в следующем виде: а = Сги — )е>1;Н =. — )е-')ли + ун! (1) и = еле+ >Х>11; 1 =-)л 'йа < -а Н. (2) а = Слги — е>Н; 1 = р-'еи + к "ХХ. (3) и = его+ 0>1; Н = — ) -'000+ у 1. (4) Выбор той или иной системы ур-ний определяется механич. и магнитными граничными условиями (верхние индексы 1, Н, и, о указывают на постоянство соответствующей величины для данного ур-нин). Коэффициенты в ур-ниях (1) — (4) (кроме )ле) являются вообще говоря, тензорами: Сг и СН вЂ” постоянные упругости, В н ен — постоянные упругой податливости, ха и х" — магнитные восприимчивости, уо и уа — обратные магнитные восприимчивости. Если независимые переменные синусоидальио иаменяются во времени, то величины о, и, Н, 1 з ур-нвях (1) — (4) следует трактовать как амплитуды соответствующих переменных.
В качестве магнитных переменных наряду с 1 н Н используют также В и Н как наиболее удобные для проведения расчетов магнитострнкционных преобразователей. Подставляя в ур-ния (1) — (4) 1 )л-'В, можно получить аналогичные четыре системы, записанные в переменных В, Н, о и и. Матричные коэфф. й, й, е, 0 (динамические магнитострикциониые, нлн «пьезомагнитные», коэфф.) гарантериауют соотношения между магнитными и мехаиич.
переменными. Все они являются ф-циями постоянного подмагничивающего поля На (нкдук- а юо' я)г 0 Рне. «. Зависимость дннамнческоя магннтост- рнкцнонноя ностокнноя а от подмагннчнвающея индукции Вя 2 — длн ВИ н 0 — ддн Феррита ип 0 00 0,2 О.З 0,«0.0 в„т ции Ва). Индекс 2 в (1) — (4) обоаиачает транспонированную матрицу, т. е. такую, в к-рой произведена замена строк на столбцы. Помимо перечисленных коэфф., в расчйтах магннтострикциониых преобразователей применяют «масло«тострикционную постоянную» о и епостоянную чувствительности» Хы (5) В первом приближении (беэ учета магнитомехаиич. гистерезиса) зависимости дннамич.
магнитострикционных коэфф. от Н„В» и 1» (рнс. 4) можно получить дифференцированием соответствующих статических кривых М., т, е. )>(Н), ю ЦВ).=ю ).(1), „ о(Н)„=, и т. д. Для поперечно-изотропных поляризованных магнита упругвх сред (напр., для полнкристаллич. металлов, сплавов и феррнтов) тенаоры всех динамич. магнитострикционных коэфф.
в кристаллографич. системе координат имеют не более пяти независимых ненулевых компонент и мАГнитоэ'пруГик ВОлны 203 в самом общем виде могут быть пред- ставлены матрицей типа: с 'О О О азз азз 014 О О О азз — азз О . (8) аз, аз, азз О О О Е1аиболее важен для практики коэфф. азз, харантериаующий продольные колебания стержней и радиально-симметричные колебания колец, а также агм характеризующий крутильные колебания аксиально-поляризованных тонких трубок. Динамич. магнитострикционные коэфф. не являются вполне независимыми. В частности, для случаев продольных и радиально-симметричных колебаний они связаны следующими выражениями: йзз = Азз (Ег) 1 (и»аз») (ЕВ) где ри — относительная магнитная проницаемость, Е(Ег, ЕВ, Ен) — модуль Юнга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
