Efeito Villari, efeito magnetoelástico — o fenômeno inverso da magnetostricção

efeito Villari nomeado após um físico italiano Emílio Villarique descobriu este fenômeno em 1865. O fenômeno também é chamado efeito magnetoelástico… Sua essência física reside na alteração da permeabilidade magnética, bem como nas propriedades magnéticas associadas dos ferromagnetos durante a deformação mecânica de amostras feitas desses ferromagnetos. O trabalho é baseado neste princípio transdutores de medição magneto-elástica.

Por exemplo, olhe de loops de histerese permaloid e níquel sob condições operacionais em espécimes mecanicamente estressados ​​feitos desses materiais. Portanto, quando uma amostra de níquel é esticada, à medida que a tensão de tração aumenta, o loop de histerese se inclina. Isso significa que quanto mais o níquel é esticado, menor sua permeabilidade magnética. A resistência à tração do níquel também diminui. E permaloy é o oposto.

Quando a amostra de permalloy é esticada, a forma de seu loop de histerese se aproxima de um retângulo, o que significa que a permeabilidade magnética da permalloy aumenta durante o alongamento e a indutância residual também aumenta. Se a tensão mudar de tensão para compressão, então o sinal da mudança nos parâmetros magnéticos também é invertido.

A razão para a manifestação do efeito Villari de ferromagnetos sob deformação é a seguinte. Quando uma tensão mecânica atua sobre um ferroímã, ele altera sua estrutura de domínio, ou seja, os limites do domínio se deslocam, seus vetores de magnetização giram. Isso é semelhante a magnetizar o núcleo com uma corrente. Se esses processos tiverem a mesma direção, a permeabilidade magnética aumenta, se a direção dos processos for oposta, ela diminui.

O efeito Villari é reversível, daí o seu nome efeito magnetostrictivo reverso… O efeito da magnetostricção direta consiste na deformação de um ferroímã sob a ação de um campo magnético aplicado a ele, que também leva a um deslocamento dos limites do domínio, a uma rotação dos vetores dos momentos magnéticos, enquanto a rede cristalina da substância muda seu estado de energia devido a uma mudança nas distâncias de equilíbrio de seus nós, devido ao deslocamento dos átomos de seus lugares originais. A rede cristalina é deformada de modo que para algumas amostras (ferro, níquel, cobalto, suas ligas, etc.) o alongamento chega a 0,01.

Então, magnetostricção - a propriedade de alguns metais e ligas ferromagnéticas de deformar (contrair ou expandir) durante a magnetização e, inversamente, de alterar a magnetização durante a deformação mecânica.

Este fenômeno é utilizado para implementar ressonadores magnetostritivos, onde a ressonância mecânica ocorre sob a ação de campos magnéticos alternados. Os ressonadores magnetostritivos podem ser fabricados para frequências de até 100 kHz e até mais altas, e nessas frequências encontram várias aplicações para estabilização de frequência (semelhante ao quartzo piezoelétrico) para receber ultrassom, etc.

Do ponto de vista do efeito magnetoelástico, o material pode ser caracterizado por um parâmetro como coeficiente de suscetibilidade magnetoelástica… É definido como a razão da mudança na permeabilidade magnética relativa de uma substância para sua deformação relativa ou para a tensão mecânica aplicada. E uma vez que a mudança relativa no comprimento e a tensão mecânica estão relacionadas lei de Hooke, então os coeficientes estão relacionados entre si pelo módulo de Young:

A mudança na permeabilidade magnética de um material durante sua deformação pode ser convertida em um sinal elétrico usando medição indutiva (indutiva ou conversão indutiva mútua).

Sabe-se que a indutância de uma bobina em um circuito magnético fechado de seção transversal constante é encontrada pela seguinte fórmula:

Se agora o circuito magnético for deformado pela ação de alguma força externa, as dimensões geométricas e a permeabilidade magnética do circuito magnético (núcleo da bobina) mudarão. Assim, a deformação mecânica altera a indutância da bobina. A mudança na indutância pode ser calculada usando a diferenciação:

Materiais ferromagnéticos com um efeito Villari altamente pronunciado permitem levar:

Para conversão de medição indutiva mútua, a indutância mútua das bobinas é alterada:

O efeito Villari é usado em transdutores de medição magneto-elásticos modernosque permitem medir forças e pressões significativas, tensões mecânicas e deformações em vários objetos.