Hiệu ứng Villari, hiệu ứng nam châm - hiện tượng đảo ngược của từ giảo

hiệu ứng Villari được đặt theo tên của một nhà vật lý người Ý Emilio Villaringười đã phát hiện ra hiện tượng này vào năm 1865. Hiện tượng này còn được gọi là hiệu ứng nam châm… Bản chất vật lý của nó nằm ở sự thay đổi tính thấm từ, cũng như các đặc tính từ liên quan của sắt từ trong quá trình biến dạng cơ học của các mẫu làm từ các sắt từ này. Công việc dựa trên nguyên tắc này đầu dò đo nam châm.

Ví dụ, nhìn các vòng trễ permaloid và niken trong các điều kiện vận hành trên các mẫu chịu ứng suất cơ học làm bằng các vật liệu này. Vì vậy, khi một mẫu niken bị kéo căng, khi ứng suất kéo tăng lên, vòng trễ sẽ nghiêng đi. Điều này có nghĩa là niken càng bị kéo căng thì tính thấm từ của nó càng thấp. Độ bền kéo của niken cũng giảm. Còn permaloy thì ngược lại.

Khi mẫu permalloy được kéo dài, hình dạng của vòng trễ của nó tiến tới hình chữ nhật, điều đó có nghĩa là độ từ thẩm của permalloy tăng lên trong quá trình kéo dài và độ tự cảm còn lại cũng tăng lên. Nếu ứng suất thay đổi từ căng sang nén thì dấu của sự thay đổi các thông số từ trường cũng bị đảo ngược.

Lý do biểu hiện hiệu ứng Villari của sắt từ dưới biến dạng như sau. Khi một ứng suất cơ học tác động lên một sắt từ, nó sẽ thay đổi cấu trúc miền của nó, nghĩa là ranh giới miền thay đổi, các vectơ từ hóa của chúng quay. Điều này tương tự như từ hóa lõi bằng dòng điện. Nếu các quá trình này có cùng hướng, thì tính thấm từ tăng lên, nếu hướng của các quá trình ngược lại, nó sẽ giảm.

Hiệu ứng Villari có thể đảo ngược, do đó tên của nó hiệu ứng từ giảo ngược… Hiệu ứng của từ giảo trực tiếp bao gồm sự biến dạng của một sắt từ dưới tác dụng của từ trường tác dụng lên nó, điều này cũng dẫn đến sự dịch chuyển của các ranh giới miền, dẫn đến sự quay của các vectơ momen từ, trong khi mạng tinh thể của chất thay đổi trạng thái năng lượng của nó do sự thay đổi khoảng cách cân bằng của các nút của nó, do sự dịch chuyển của các nguyên tử khỏi vị trí ban đầu của chúng. Mạng tinh thể bị biến dạng sao cho đối với một số mẫu (sắt, niken, coban, hợp kim của chúng, v.v.), độ giãn dài đạt 0,01.

Vì thế, từ giảo - tính chất của một số kim loại sắt từ và hợp kim biến dạng (co lại hoặc giãn ra) trong quá trình từ hóa và ngược lại, thay đổi từ hóa trong quá trình biến dạng cơ học.

Hiện tượng này được sử dụng để thực hiện các bộ cộng hưởng từ giảo, trong đó cộng hưởng cơ học xảy ra dưới tác động của từ trường xen kẽ. Các bộ cộng hưởng từ giảo có thể được sản xuất cho các tần số lên tới 100 kHz và thậm chí cao hơn, và ở các tần số này, chúng tìm thấy nhiều ứng dụng khác nhau để ổn định tần số (tương tự như thạch anh áp điện) để thu siêu âm, v.v.

Từ quan điểm của hiệu ứng từ đàn hồi, vật liệu có thể được đặc trưng bởi một tham số như hệ số nhạy từ đàn hồi… Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa sự thay đổi độ thấm từ tương đối của một chất với biến dạng tương đối của nó hoặc với ứng suất cơ học tác dụng. Và vì sự thay đổi tương đối về chiều dài và ứng suất cơ học có liên quan Định luật Hooke, thì các hệ số có quan hệ với nhau theo mô đun Young:

Sự thay đổi độ thấm từ của vật liệu trong quá trình biến dạng của nó có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng phép đo quy nạp (chuyển đổi quy nạp hoặc quy nạp lẫn nhau).

Biết rằng độ tự cảm của cuộn dây trên mạch từ kín có tiết diện không đổi được tìm theo công thức sau:

Nếu bây giờ mạch từ bị biến dạng do tác động của ngoại lực nào đó thì kích thước hình học và độ từ thẩm của mạch từ (lõi cuộn dây) sẽ thay đổi. Do đó, biến dạng cơ học làm thay đổi độ tự cảm của cuộn dây. Sự thay đổi độ tự cảm có thể được tính bằng sự khác biệt:

Vật liệu sắt từ có hiệu ứng Villari rõ rệt cho phép thực hiện:

Để chuyển đổi phép đo quy nạp lẫn nhau, độ tự cảm lẫn nhau của các cuộn dây được thay đổi:

Hiệu ứng Villari được sử dụng trong các đầu dò đo nam châm hiện đạicho phép bạn đo các lực và áp suất đáng kể, ứng suất cơ học và biến dạng trong các vật thể khác nhau.