МАГНИТОСТРИКЦИЯ
(от магнит и лат.
strictio - сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при намагничивании.
Явление М. было открыто Дж. Джоулем в 1842. В ферро- и ферри-магнетиках
(Fe, Ni, Co, Gd, Tb и др., ряде сплавов, ферритах) М. достигает значит,
величины (относит, удлинение дельта l/l10-6-10-2).
В
антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках М. очень мала.
Обратное по отношению к М. явление- изменение
намагниченности ферромагнитного образца при деформации - наз. магнитоупругим
эффектом, иногда - Виллари эффектом.
В совр. теории магнетизма М. рассматривают
как результат проявления осн. типов взаимодействий в ферромагнитных телах:
электрич. обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия (см.
Ферромагнетизм).
В
соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных
деформаций кристаллпч. решётки: за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных
и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.
При намагничивании ферро- и ферримагнетиков
где s макс, линейные М. соответственно в направлении
М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках
М. относится к т. н. чётным магнитным эффектам,
М. в области технич. намагничивания обнаруживает
Всестороннее изучение М. прежде всего способствует
С магнитострикц. эффектами связаны аномалии
С М. связаны различные аномалии упругости
Для измерения М. наибольшее распространение
М. нашла широкое применение в технике.
Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм,
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
магнитные
силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью
H
к-ром образец достигает технич. магнитного насыщения I
Намагничивание
в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами
и
вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетич.
состояние кристаллич. решётки, что проявляется в изменении равновесных
расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная
деформация решётки. М. этого вида носит анизотропный характер (зависит
от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в
изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.).
Для расчёта линейной М. существуют полуэмпирич. формулы. Так, М. ферромагнитных
кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается
по формуле:
a
a
- константы анизотропии М., численно равные
ребра и диагонали ячейки кристалла. Величину Л
l/l)
наблюдается в области намагничивания выше технич. насыщения, где магнитные
моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит
только рост абс. величины J
намагничивание). М. за счёт обменных сил в кубич. кристаллах изотропна,
т. е. проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах
(напр., гадолинии) эта М. анизотропна. М. за счёт парапроцесса в большинстве
ферромагнетиков при комнатных темп-рах мала, она мала и вблизи точки Кюри,
где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества.
Однако в нек-рых сплавах с малым коэфф. теплового расширения (инварных
магнитных сплавах) М. велика [в магнитных полях 8*104а/м
(103
э) отношение дельта V/V 10-5]. Значительная по величине
М. парапроцесса возникает также в ферритах
при разрушении или создании
магнитным полем неколлинеарных магнитных структур.
т. к. она не зависит от знака магнитного поля. Экспериментально больше
всего изучалась М. в поликристаллич. ферромагнетиках. Обычно измеряется
относит, удлинение образца в направлении поля (продольная М.) или перпендикулярно
направлению поля (поперечная М.). Для металлов и большинства сплавов продольная
и поперечная М. в области полей технич. намагничивания имеют разные знаки,
причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса
эти величины одинаковы (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная,
так и поперечная М. отрицательны; причина этого ещё не ясна. Величина,
знак и графич. ход зависимости М. от напряжённости поля и намагниченности
зависят от структурных особенностей образца (кристаллографич. текстуры,
примесей посторонних элементов, термич. и холодной обработки). У Fe (рис.
2) продольная М. в слабом магнитном поле положительна (удлинение тела),
а в более сильном поле - отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех
значениях поля продольная М. отрицательна. Сложный характер М. в поликристаллич.
образцах ферромагнетиков определяется особенностями анизотропии М. в кристаллах
соответствующего металла, Большинство сплавов Fe - Ni, Fe - Со, Fe - Pt
и др. имеют положит, знак продольной М.: дельта l/l (1-10)*10-5.
Наибольшей продольной М обладают сплавы Fe - Pt, Fe - Pd, Fe - Co, Mn -
Sb, Mn - Cu - Bi, Fe - Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe
Рекордно высока М. у некоторых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений,
напр, у Тb и Dy, у TbFe
10-3-10-2 (в зависимости от величины приложенного
поля). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана
(U
(кривая II) магнитострикция сплава Ni (36%)-Fe (64%). В слабых полях они
имеют разные знаки, в сильных - при парапротдессе - одинаковый знак (здесь
магнитострикция носит объёмный характер).
Рис. 2. Зависимость продольной магни-тострикщт
ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости
магнитного поля.
явление гистерезиса (рис. 3). На М. в сильной степени влияют также
темп-pa, упругие напряжения и даже характер размагничивания, к-рому подвергался
образец перед измерением.
выяснению физич. природы сил, к-рые определяют ферри-, антиферро- и ферромагнитное
поведение вещества. Исследование М., особенно в области технич. намагничивания,
играет также большую роль при изысканиях новых магнитных материалов; напр.,
отмечено, что высокая магнитная проницаемость сплавов типа пермаллоя связана
с тем, что в них мала М. (наряду с малым значением константы магнитной
анизотропии).
теплового расширения ферро-, ферри- и антиферромагнитных тел. Эти аномалии
объясняются тем, что магнитострикц. деформации, вызываемые обменными (а
в общем случае и магнитными) силами в решётке, проявляются не только при
помещении указанных тел в магнитное поле, но также при нагревании их в
отсутствии поля (термострикция). Изменение объёма тел вследствие термострикции
особенно значительно при магнитных фазовых переходах (в точках Кюри
и Нееля, при темп-ре перехода коллинеарной магнитной структуры в неколлинеарную
и др.). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение
(обусловленное тепловыми колебаниями атомов в решётке) иногда приводит
к аномально малому значению коэфф. теплового расширения у нек-рых материалов.
Экспериментально доказано, напр., что малое тепловое расширение сплавов
типа инвар объясняется влиянием возникающих при нагреве отрицат.
магнитострикц. деформаций, к-рые почти полностью компенсируют "нормальное"
тепловое расширение таких сплавов.
Рис. 3. Магни-тострикционный гистерезис
железа, обусловленный его магнитным гистерезисом.
в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Резкие аномалии модулей упругости
и внутр. трения, наблюдаемые в указанных веществах в районе точек Кюри
и Нееля и др. фазовых магнитных переходов, обязаны влиянию М., возникающей
при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферримагнитные тела
упругих напряжений в них даже при отсутствии внешнего магнитного поля происходит
перераспределение магнитных моментов доменов (в общем случае изменяется
и абс. величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы
сопровождаются дополнит, деформацией тела магнитострикц. природы - механострикцией,
к-рая
приводит к отклонениям от закона Гука. В не-посредств. связи с механострикцией
находится явление изменения под влиянием магнитного поля модуля упругости
Е
ферромагнитных
металлов (E-эффект).
получили установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие
наблюдать относит, изменения длины образца до 106. Ещё большую
чувствительность дают радиотехнич. и интерференц. методы. Получил распространение
также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку,
включённую в одно из плечей моста измерительного. Изменение длины
проволочки и её электрич. сопротивления при магнитострикц. изменении размеров
образца с высокой точностью фиксируется электроизмерит. прибором.
На явлении М. основано действие магнитострикц. преобразователей (датчиков)
и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов
частоты в радиотехнич. устройствах, магнитострикц. линий задержки и т.
д.
М., 1971; Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках,
2 изд., М.- Л., 1957; Бозорт Р., ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956;
Редкоземельные ферромагнетики и ан-тиферромагнетикн, М., 1965; Ультразвуковые
преобразователи, пер. с англ., под ред. И. П. Голяминой, М., 1972. К. П.
Белов.