Російські універсальні енциклопедії
Брокгауз-Ефрон і Велика Радянська Енциклопедія
об'єднаний словник
Магнітобуд і кція (від магніт і лат. Strictio - стиснення, натягування), зміна форми і розмірів тіла при намагнічуванні. Явище М. було відкрито Дж. Джоулем в 1842. У ферро- і феримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb і інших, ряді сплавів, ферритах) М. досягає значної величини (відносне подовження D l / l »10 -6 -10 -2). У антиферромагнетиках, парамагнетиках і діамагнетиках М. дуже мала. Зворотне по відношенню до М. явище - зміна намагніченості феромагнітного зразка при деформації - називається Магнітопружний ефектом, іноді - Виллари ефектом.
У сучасній теорії магнетизму М. розглядають як результат прояву основних типів взаємодій у феромагнітних их тілах: електричного обмінної взаємодії і магнітної взаємодії (див. Феромагнетизм). Відповідно до цього можливі 2 види різних за своєю природою магнітострикційних деформацій кристалічні решітки: за рахунок зміни магнітних сил (диполь-дипольних і спін-орбітальних) і за рахунок зміни обмінних сил.
При намагнічуванні ферро- і феримагнетиків магнітні сили діють в інтервалі полів від 0 до поля напруженістю Hs. в якому зразок досягає технічного магнітного насичення Is. Намагнічення в цьому інтервалі полів обумовлене процесами зсуву кордонів між доменами і обертання магнітних моментів доменів. Обидва ці процесу змінюють енергетичний стан кристалічної решітки, що проявляється в зміні рівноважних відстаней між її вузлами. В результаті атоми зміщуються, відбувається магнітострикційна деформація решітки. М. цього виду носить анізотропний характер (залежить від напрямку і величини намагніченості J) і проявляється в основному в зміні форми кристала майже без зміни його обсягу (лінійна М.). Для розрахунку лінійної М. існують напівемпіричні формули. Так, М. феромагнітних кристалів кубічної симетрії, намагнічених до насичення, розраховується по формулі:
де si. sj і b i. b j - напрямні косинуси відповідно вектора Js і напрямки виміру щодо ребер куба, а1 і a2 - константи анізотропії М. чисельно рівні. де і - максимальні лінійні М. відповідно в напрямку ребра і діагоналі осередку кристала. Величину l s = (D l / l) s називають М. насичення або магнітострикційних постійною.
М. обумовлена обмінними силами, у феромагнетиках спостерігається в області намагнічення вище технічного насичення, де магнітні моменти доменів повністю орієнтовані в напрямку поля і відбувається лише зростання абсолютної величини Js (парапроцесс. Або істинне намагнічування). М. за рахунок обмінних сил в кубічних кристалах ізотропна, тобто виявляється в зміні об'єму тіла. У гексагональних кристалах (наприклад, гадоліній) ця М. анізотропна. М. за рахунок парапроцесса в більшості феромагнетиків при кімнатних температурах мала, вона мала і поблизу точки Кюрі, де парапроцесс майже повністю визначає феромагнітні властивості речовини. Однак в деяких сплавах з малим коефіцієнтом теплового розширення (інварних магнітних сплавах) М. велика [в магнітних полях
8 × 10 4 а / м (10 3 е) відношення D V / V
10 -5]. Значна по величині М. парапроцесса виникає також в ферритах при руйнуванні або створенні магнітним полем неколінеарних магнітних структур.
М. відноситься до так званих парних магнітним ефектів, так як вона не залежить від знака магнітного поля. Експертизи іментально найбільше вивчалася М. в полікристалічних феромагнетиках. Зазвичай вимірюється відносне подовження зразка в напрямку поля (подовжня М.) або перпендикулярно напрямку поля (поперечна М.). Для металів і більшості сплавів подовжня і поперечна М. в області полів технічного намагнічення мають різні знаки, причому величина поперечної М. менше, ніж поздовжньої, а в області парапроцесса ці величини однакові (рис. 1). Для більшості феритів як подовжня, так і поперечна М. негативні; причина цього ще не ясна. Величина, знак і графічний хід залежності М. від напруженості поля і намагніченості залежать від структурних особливостей зразка (кристалографічної текстури, домішок сторонніх елементів, термічної і холодної обробки). У Fe (рис. 2) поздовжня М. в слабкому магнітному полі позитивна (подовження тіла), а в більш сильному полі - негативна (укорочення тіла). Для Ni при всіх значеннях поля подовжня М. негативна. Складний хар актор М. в полікристалічних зразках феромагнетиків визначається особливостями анізотропії М. в кристалах відповідного металу. Більшість сплавів Fe - Ni, Fe - Co, Fe - Pt і інших мають позитивний знак поздовжньої М. D l / l »(1-10) × 10 -5. Найбільшою поздовжньої М. володіють сплави Fe - Pt, Fe - Pd, Fe - З, Mn - Sb, Mn - Cu - Bi, Fe - Rh. Серед феритів найбільша М. у CoFe2 O4. Tb3 Fe5 O12. Dy3 Fe5 O12. D l / l »(2-25) × 10 -4. Рекордно висока М. у деяких рідкоземельних металів, їх сплавів і сполук, наприклад у Tb і Dy, у TbFe2 і DyFe 2. D l / l »10 -3 -10 -2 (в залежності від величини прикладеного поля). М. приблизно такого ж порядку виявлена у ряду сполук урану (U3 As4. U3 P4 і інших).
М. в області технічного намагнічування виявляє явище гістерезису (рис. 3). На М. в сильній мірі впливають також температура, пружна напруга і навіть характер розмагнічування, якому піддавався зразок перед виміром.
Всебічне вивчення М. перш за все сприяє з'ясуванню фізичної природи сил, які визначають феррі-, антіферро- і феромагнітний поведінку речовини. Дослідження М. особливо в області технічного намагнічування, грає також велику роль при дослідженнях нових магнітних матеріалів; наприклад, відмічено. що висока магнітна проникність сплавів типу пермаллоя пов'язана з тим, що в них мала М. (поряд з малим значенням константи магнітної анізотропії).
З магнітострикційними ефектами пов'язані аномалії теплового розширення ферро-, феррі- і антиферомагнітних тел. Ці аномалії пояснюються тим, що магнітострикційні деформації, що викликаються обмінними (а в загальному випадку і магнітними) силами в решітці, проявляються не тільки при приміщенні вказаних тіл в магнітне поле, але також при нагріванні їх у відсутності поля (термострікція). Зміна об'єму тіл унаслідок термострікціі особливо значно при магнітних фазових переходах (в точках Кюрі і Нееля, при температурі переходу колінеарний магнітної структури в неколінеарна та інших). Накладення цих змін об'єму на звичайне теплове розширення (обумовлене тепловими коливаннями атомів в решітці) іноді призводить до аномально малому значенню коефіцієнта теплового розширення у деяких ма ріалів. Експериментально доведено, наприклад, що мале теплове розширення сплавів типу інвар пояснюється впливом виникають при нагріванні негативних магнітострикційних деформацій, які майже повністю компенсують «нормальне» теплове розширення таких сплавів.
З М. пов'язані різні аномалії пружності в ферро-, феррі- і антиферомагнетиках. Різкі аномалії модулів пружності і внутрішнього тертя, які спостерігаються в зазначених речовинах в районі крапок Кюрі і Нееля і інших фазових магнітних переходів, зобов'язані впливу М. виникає при нагріванні. Крім того, при впливі на ферро- і феррімагнітниє тіла пружних напружень в них навіть при відсутності зовнішнього магнітного поля відбувається перерозподіл магнітних моментів доменів (в загальному випадку змінюється і абсолютна величина мимовільної намагніченості домена). Ці процеси супроводжуються додатковою деформацією тіла магнітострикційному природи - механострікціей. яка призводить до відхилень від закону Гука. У безпосередньому зв'язку з механострікціей знаходиться явище зміни під впливом магнітного поля модуля пружності Е феромагнітних металів (D Е-ефект).
Для вимірювання М. найбільшого поширення набули установки, що працюють за принципом механооптіческого важеля, що дозволяють спостерігати відносні зміни довжини зразка до 10 -6. Ще більшу чутливість дають радіотехнічний і інтерференційний методи. Набув поширення також метод дротяних датчиків, в якому на зразок наклеюють зволікання, включену в одне з плечей моста вимірювального. Зміна довжини зволікання і її електричного опору при магнітострикційному зміні розмірів зразка з високою точністю фіксується електровимірюваннях приладом.
М. знайшла широко е застосування в техніці. На явищі М. заснована дія магнітострикційних перетворювачів (датчиків) і реле, випромінювачів і приймачів ультразвуку, фільтрів і стабілізаторів частоти в радіотехнічних пристроях, магнітострикційних ліній затримки і т.д.
Літ .: Вонсовський С. В. Магнетизм, М. 1971; Бєлов К. П. Пружні, теплові та електричні явища в феромагнетиках, 2 видавництва. М. - Л. 1957; Бозорт Р. Феромагнетизм, переклад з англійської, М. 1956; Рідкоземельні феромагнетики і антиферомагнетики, М. 1965; Ультразвукові перетворювачі, переклад з англійської, під редакцією І. П. Голяміной, М. тисячі дев'ятсот сімдесят два.
Мал. 2. Залежність поздовжньої магнітострикції ряду полікристалічних металів, сплавів і з'єднань від напруженості магнітного поля.
Мал. 1. Поздовжня (крива I) і поперечна (крива II) магнітострикція сплаву Ni (36%) - Fe (64%). У слабких полях вони мають різні знаки, в сильних - при Парапроцесс - однаковий знак (тут магнітострикція носить об'ємний характер).
Мал. 3. Магнітострикційний гистерезис заліза, обумовлений його магнітним гістерезисом.