Efecto Villari, efecto magnetoelástico: el fenómeno inverso de la magnetoestricción
Efecto Villari lleva el nombre de un físico italiano emilio villariquien descubrió este fenómeno en 1865. El fenómeno también se llama efecto magnetoelástico… Su esencia física radica en el cambio de la permeabilidad magnética, así como las propiedades magnéticas asociadas de los ferroimanes durante la deformación mecánica de las muestras hechas de estos ferroimanes. El trabajo se basa en este principio. transductores de medida magnetoelásticos.
Por ejemplo, mira de bucles de histéresis permaloide y níquel en condiciones de operación en especímenes sometidos a esfuerzos mecánicos fabricados con estos materiales. Entonces, cuando se estira una muestra de níquel, a medida que aumenta la tensión de tracción, el bucle de histéresis se inclina. Esto significa que cuanto más se estira el níquel, menor es su permeabilidad magnética. La resistencia a la tracción del níquel también disminuye. Y permaloy es todo lo contrario.
Cuando la muestra de permalloy se estira, la forma de su ciclo de histéresis se aproxima a una rectangular, lo que significa que la permeabilidad magnética de la permalloy aumenta durante el estiramiento y la inductancia residual también aumenta. Si el esfuerzo cambia de tensión a compresión, entonces también se invierte el signo del cambio en los parámetros magnéticos.
La razón de la manifestación del efecto Villari de los ferromagnetos bajo deformación es la siguiente. Cuando una tensión mecánica actúa sobre un ferromagnético, cambia la estructura de su dominio, es decir, los límites del dominio se desplazan y sus vectores de magnetización giran. Esto es similar a magnetizar el núcleo con una corriente. Si estos procesos tienen la misma dirección, la permeabilidad magnética aumenta, si la dirección de los procesos es opuesta, disminuye.
El efecto Villari es reversible, de ahí su nombre efecto magnetostrictivo inverso… El efecto de la magnetoestricción directa consiste en la deformación de un ferromagneto bajo la acción de un campo magnético que se le aplica, lo que también conduce a un desplazamiento de los límites del dominio, a una rotación de los vectores de los momentos magnéticos, mientras que la red cristalina de la sustancia cambia su estado de energía debido a un cambio en las distancias de equilibrio de sus nodos, debido al desplazamiento de los átomos de sus lugares originales. La red cristalina se deforma de manera que para algunas muestras (hierro, níquel, cobalto, sus aleaciones, etc.) el alargamiento alcanza 0,01.
Entonces, magnetoestricción — la propiedad de algunos metales y aleaciones ferromagnéticos de deformarse (contraerse o expandirse) durante la magnetización y, a la inversa, cambiar la magnetización durante la deformación mecánica.
Este fenómeno se aprovecha para implementar resonadores magnetoestrictivos, donde la resonancia mecánica ocurre bajo la acción de campos magnéticos alternos. Los resonadores magnetoestrictivos se pueden fabricar para frecuencias de hasta 100 kHz e incluso superiores, y en estas frecuencias encuentran diversas aplicaciones para la estabilización de frecuencia (similar al cuarzo piezoeléctrico) para recibir ultrasonido, etc.
Desde el punto de vista del efecto magnetoelástico, el material se puede caracterizar por un parámetro como coeficiente de susceptibilidad magnetoelástica... Se define como la relación entre el cambio en la permeabilidad magnética relativa de una sustancia y su tensión relativa o la tensión mecánica aplicada. Y dado que el cambio relativo en longitud y la tensión mecánica están relacionados ley de Hooke, entonces los coeficientes están relacionados entre sí por el módulo de Young:
El cambio en la permeabilidad magnética de un material durante su deformación se puede convertir en una señal eléctrica mediante medición inductiva (conversión inductiva inductiva o mutua).
Se sabe que la inductancia de una bobina en un circuito magnético cerrado de sección transversal constante se encuentra mediante la siguiente fórmula:
Si ahora el circuito magnético se deforma por la acción de alguna fuerza externa, entonces las dimensiones geométricas y la permeabilidad magnética del circuito magnético (núcleo de la bobina) cambiarán. Así, la deformación mecánica cambia la inductancia de la bobina. El cambio en la inductancia se puede calcular usando la diferenciación:
Los materiales ferromagnéticos con un efecto Villari muy pronunciado permiten tomar:
Para la conversión de medición inductiva mutua, se cambia la inductancia mutua de las bobinas:
El efecto Villari se utiliza en los transductores de medición magnetoelásticos modernos.que le permiten medir fuerzas y presiones significativas, tensiones mecánicas y deformaciones en varios objetos.