Magnetostriksjon

Magnetostriksjon er deformasjon av magnetiske (spesielt ferromagnetiske ) stoffer som et resultat av et påført magnetfelt . Kroppen opplever en elastisk lengdeendring ved konstant volum ( Joule magnetostriksjon ).

Som et særtrekk, f.eks. B. Invar -legeringer, det er også mulighet for volummagnetostriksjon , der volumet er variabelt; den er vanligvis mye mindre enn Joule magnetostriksjon.

Den kvantemekaniske årsaken til fenomenet (så vel som den underliggende magnetiske anisotropien ) er spinn-bane-interaksjonen .

prinsipp

Hvis et eksternt magnetfelt påføres ferromagnetisk materiale, justerer Weiss -domenene seg på samme måte. Ved å rotere dipolene endres lengden på en stang i området ca. 10 til 30 um / m (sterkt magnetostriktive materialer: opptil 2 mm / m). ^[1] Hvert ferromagnetisk materiale, for eksempel jernkjernen i en transformator , er begeistret for mekaniske vibrasjoner av et vekslende magnetfelt. Magnetostriksjon på ferromagnetiske materialer (f.eks. I spolekjerner) i skiftende magnetfelt kan føre til støy - på samme måte som elektrostriksjon i et sterkt foranderlig elektrisk felt forårsaker lyder på et dielektrikum (f.eks. I en kondensator ). ^[2]

For induktive komponenter er magnetiske materialer ønskelig for å minimere dets magnetostriksjon, siden på den ene siden de magnetiske egenskapene (f.eks. Ved klemming, liming eller støping av kjerner) ved trykk eller togendring, og på den annen side ved drift av transformatorer eller kveles på 50-Hz-nettverket, forekommer strømnettet med en frekvens på 100 Hz i Europa. Den myke magnetiske krystallinske legeringen Permalloy , Ni ₈₁ Fe ₁₉ , oppfyller de ønskede betingelsene. Amorfe jernlegeringer er enda bedre.

applikasjoner

Magnetostriksjon ble brukt tidligere, f.eks. B. for å generere ultralyd . En stang laget av materiale med høy magnetostriksjon (f.eks. Nikkel ) blir magnetisert på nytt i en spole med vekselstrøm .

Denne effekten brukes også i moderne detaljhandel sikkerhetsetiketter .

En lineær aktuator som arbeider med magnetostriksjon er snekkemotoren . ^[3] Magnetiske bobleminner bruker magnetostriksjon for å lagre data.

Det er magnetoelastiske sensorer som bruker omvendt magnetostriksjon, dvs. endringen i magnetisering på grunn av mekaniske påkjenninger , for eksempel for å måle strekk- og trykkraft og vridning.

Magnetostriktiv konstant

I Joule magnetostriksjon strekkes et legeme under påvirkning av et magnetisk H -felt . Ved hjelp av den relative lengdeendringen parallelt med feltet, blir den (feltstyrkeavhengige) magnetostriktive konstanten $\lambda _{\|}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {\ |}}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {\ |}}$ Er definert:

\lambda _{\|}={\frac {\Delta l}{l_{0}}},

{\ displaystyle \ lambda _ {\ |} = {\ frac {\ Delta l} {l_ {0}}},}

{\ displaystyle \ lambda _ {\ |} = {\ frac {\ Delta l} {l_ {0}}},}

der ${\Delta l}$ ${\ displaystyle {\ Delta l}}$ ${\ displaystyle {\ Delta l}}$ beregnes som lengde under påvirkning av magnetfeltet - lengde uten påvirkning.

Siden vending av de magnetiske øyeblikkene bevarer volumet, gjelder følgende vinkelrett på feltet (se også Poissons forhold ):

\lambda _{\bot }\approx -{\frac {1}{2}}\lambda _{\|}.

{\ displaystyle \ lambda _ {\ bot} \ approx - {\ frac {1} {2}} \ lambda _ {\ |}.}

{\ displaystyle \ lambda _ {\ bot} \ approx - {\ frac {1} {2}} \ lambda _ {\ |}.}

Magnetostriktive konstanter av kjente materialer ^[4] ^[5]
materiale	$\lambda _{\\|}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {\ \|}}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {\ \|}}$ [10 ⁻⁶ ]	Curietemperatur T _C [° C]
Fe	−14	770
Ni	−50	358
Co	−93	1120
Tb (−196 ° C)	3000	−48
Dy (−196 ° C)	6000	−184
TbFe ₂	1753	424
Tb _0,3 Dy _0,7 Fe ₂ (Terfenol-D)	1620	380
SmFe ₂	−1560	403
Samfenol-D	−1125
CoFe ₂ O ₄ ( enkelt krystall )	600 ... 900	520
CoFe ₂ O ₄ ( polykrystallinsk )	230	520
Metglass 2605SC	60	370

Se også

Magnetostriktiv forskyvningstransduser
Magnetostriks roterende basenhet

litteratur

William Fuller Brown, Jr.: Magnetoelastiske interaksjoner. Springer, Berlin 1966.

Individuelle bevis

↑ H. Janocha: aktuatorer. Springer Verlag, Berlin 2006, ISBN 3-540-54707-X .
↑ Elektronikk i kjøretøyteknologi, s. 175, Google books
^ Hartmut Janocha: Ukonvensjonelle aktuatorer: En introduksjon. Oldenbourg Verlag, åpnet 13. september 2012 .
↑ Dapino, MJ: På magnetostriktive materialer og deres anvendelse i adaptive strukturer. Konstruksjonsteknikk og mekanikk 17 (3-4) (2004), s. 303-329.
↑ Trémolet de Lacheisserie, E:. Magnetostriksjon - teori og anvendelser av Magnetoelasticity. CRC Press, Boca Raton, 1993.

[1] H. Janocha: aktuatorer. Springer Verlag, Berlin 2006, ISBN 3-540-54707-X .

[2] Elektronikk i kjøretøyteknologi, s. 175, Google books

[3] Hartmut Janocha: Ukonvensjonelle aktuatorer: En introduksjon. Oldenbourg Verlag, åpnet 13. september 2012 .

[4] Dapino, MJ: På magnetostriktive materialer og deres anvendelse i adaptive strukturer. Konstruksjonsteknikk og mekanikk 17 (3-4) (2004), s. 303-329.

[5] Trémolet de Lacheisserie, E:. Magnetostriksjon - teori og anvendelser av Magnetoelasticity. CRC Press, Boca Raton, 1993.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]