Пироэлектрики и сегнетоэлектрики

 

В некоторых кристаллах суммарный дипольный момент отличен от нуля даже в отсутствие внешнего электрического поля. Такого рода кристаллы называют самопроизвольно или спонтанно поляризованными кристаллами. Другое название этих кристаллов пироэлектрики. Это название появилось потому, что пироэлектрики обнаруживают по возникновению заряда на их поверхности при нагревании или охлаждении. С помощью пироэлектриков можно измерять изменение температуры на 10^-6 °С.

Пироэлектрический эффект обычно усложняется тем, что каждый пироэлектрический кристалл является одновременно и пьезоэлектриком. Поэтому неоднократное изменение температуры кристалла вызывает деформацию, а последняя породит "вторичную" поляризацию пьезоэлектрического происхождения, налагающуюся на "первичную" пироэлектрическую поляризацию.

В пироэлектрических кристаллах может наблюдаться электрокалорический эффект – изменение температуры пироэлектрика, вызванное изменением величины электрического поля (например, при внесении пироэлектрика в электрическое поле).

Электрокалорический эффект – изменение температуры диэлектрика под влиянием электрического поля. В пироэлектриках изменение температуры пропорционально изменению напряженности поля Е, в других веществах наблюдается лишь меньший по величине квадратичный электрокалорический эффект [3].

Пироэлектрический эффект – появление электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (пироэлектриков) при .их нагревание или охлаждение. Пироэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие поляризацией в отсутствии электрического поля и других внешних воздействий. Типичный пироэлектрик – турмалин; в нем при изменение температуры на 1°С возникает электрическое поле Е - 400 В / см. Один конец пироэлектрика при нагревании заряжается положительно, а при охлаждение отрицательно, другой - наоборот. Интенсивность электризации максимальна, если скорость изменения температуры выше скорости релаксации заряда.

Появление электрических зарядов на поверхности пироэлектрика связано с изменением существующей в нем поляризации при изменение в нем температуры [3].

Пироэлектрики используются в технике в качестве индикаторов и приемников излучений.

Сегнетоэлектрики – частный случай пироэлектриков.

В сегнетоэлектриках также самопроизвольно возникает поляризация, но только в некотором интервале температур. Температура, при которой происходит исчезновение спонтанной поляризации, называется сегнетоэлектрической температурой Кюри. При температуре Кюри в сегнетоэлектриках наблюдается максимум диэлектрической проницаемости, а ее изменение вблизи этой температуры происходит скачками. Выше температуры Кюри сегнетоэлектрик переходит в пароэлектрическое состояние.

Сегнетоэлектрики – это электрические аналоги ферромагнетиков, которые, как известно, самопроизвольно намагничиваются и имеют точку Кюри. Поэтому сегнетоэлектрики иногда называют ферроэлектриками. Они отличаются большой диэлектрической проницаемостью, высоким пьезоэффектом, наличием петли диэлектрического гистерезиса, интересными электрооптическими свойствами.

Кроме сегнетоэлектриков, которые можно рассматривать как совокупность параллельно ориентированных диполей, есть вещества с антипараллельным расположением диполей. Их называют антисегнетоэлектриками.

При наложении достаточно сильного электрического поля антисегнетоэлектрики могут перейти в сегнетоэлектрическое состояние При таком вынужденном фазовом переходе в сильном переменном поле наблюдаются двойные петли гистерезиса. Критическое поле, при котором в антисегнетоэлектриках возникает сегнетоэлектрическая фаза, уменьшается при увеличении температуры. В некоторых случаях с ростом температуры наблюдаются переходы из сегнетоэлектрического состояния в антисегнетоэлектрическое, а затем в пароэлектрическое.

Сегнетоферромагнетики – это сегнетоэлектрики, в которых наблюдается упорядочение магнитных моментов. В них могут существовать различные виды электрического и магнитного упорядочения: сегнетоэлектричество или антисегнетоэлектричество с ферромагнитизмом, антиферромагнетизмом или ферромагнетизмом.

Сегнетоэлектрические и ферромагнитные точки Кюри у таких веществ не совпадают. Но в сегнетоэлектрической точке Кюри наблюдается аномалия магнитных свойств, а в магнитной аномалия диэлектрических. Кроме того, при наложении магнитного (электрического) поля наблюдается изменение электрической (магнитной) проницаемости – магнитоэлектрический эффект.

Магнитоэлектрический эффект – возникновение в кристаллах намагниченности J при помещении их в электрическое поле Е. Эффект возможен только в магнитоупорядоченных кристаллах (антиферро-, ферри-, ферромагнетиках). Экспериментально был открыт в 1960 г. Астровым в кристалле Сг₂О₃ Величина магнетоэлектрического эффекта мала. Существует и обратный эффект -возникновение электрической поляризации Р при помещении кристалла в магнитное поле Н [3].

Влияние электрического поля и механических напряжений на сегнетоэлектрический эффект.

Наложение электрического поля вдоль полярной оси увеличивает устойчивость сегнетоэлектрического состояния, расширяет область температур, в которой существует спонтанная поляризация. В антисенгетоэлектриках в сильных электрических полях температура Кюри понижается.

Некоторые сигнетоэлектрики выше точки Кюри обладают пьезоэффектом. Приложение к таким веществам в параэлектрической фазе механического напряжения по эффекту эквивалентно приложенного напряжения.

В водородосодержащих сегнетоэлектриках наложение гидростатического давления повышает температуру Кюри.

Если в сегнетоэлектрике наблюдаются низкотемпературные переходы, на кривых температурных зависимостей диэлектрических свойств обычно наблюдаются аномалии, соответствующие этим переходам. Антисегнетоэлектрический фазовый переход сопровождается аномалией теплоемкости ирконата свинца – 400 ккал/моль); может наблюдаться аномальное изменение объема и коэффициента теплового расширения.

При нагреве сегнетоэлектрического кристалла происходит уменьшение спонтанной поляризации, что эквивалентно появлению пироэлектрического заряда на поверхности кристалла.

Новый тип сегнетоэлектрического полинейного элемента тактандел-температурно автостабилизированный диэлектрический нелинейный элемент сам стабилизирует свою температуру вблизи точки Кюри.

На возрастание электросопротивления в области температуры Кюри основаны сегнетоэлектрические термосопротивления с продолжительным температурным коэффициентом (ТКС- +60%/градус) - позисторы.

 

Электреты

 

Электреты – электрические аналоги поэтапных магнитов. Они длительно сохраняют наэлектризованное состояние и создают вокруг себя электрическое поле. Электреты получаются либо охлаждением нагретого диэлектрика (воска, церезина, нейлона и т.д.) в сильном электрическом поле, либо освещением (или радиоактивным облучением) фотопроводящих диэлектриков, также в сильном поле. Применение электретов связано в основном с наличием у них постоянного электрического поля.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

 

Эффект Энтинхаузена – возникновение градиента температуры  в твердом проводнике с током плотностью j под действием магнитного поля Н  j в направлении, перпендикулярном Н и j [3].

Эффект Нернста-Эттингсхаузена – возникновение в твердом проводнике при наличии градиента температуры  и перпендикулярного к нему магнитного поля Н электрического поля E_N (поля Нернста). Открыт в 1886 г. немецким физиком Нернстом и голландским А. Эттингхаузеном. Различают продольный эффект, когда поле E_N возникает в направлении, параллельном градиенту температуры и поперечный, когда поле E_N появляется в направлении, перпендикулярном Н и . Количественная характеристика величины nx, пропорциональна Н в случае слабых полей и Н"¹ в случае сильных полей [3].

Эффект Баркгаузена – скачкообразное изменение намагниченности ферромагнетиков при непрерывном изменении внешних условий, например, магнитного поля. Впервые наблюдался в 1919 г. немецким физиком Баркгаузеном: при медленном намагничивании ферромагнитного образца в измерительной катушке, надетой на образец, он обнаружил в цепи катушки импульсы тока, обусловленные скачкообразным изменением намагниченности J образца. Особенно ясно эффект проявляется в магнитомягких материалах на кривых участках кривой намагничивания и петли гистерезиса, где доменная структура изменяется в результате процессов смещения границ ферромагнитных доменов.

Кривая намагниченности ферромагнетика имеет ступенчатый характер. Скачкообразное изменение намагниченности может быть вызвано не толь полем, но и другими внешними воздействиями (плавным изменением упругих напряжений или температуры), при которых происходит изменение доменной структуры образца [3].

Эффект Эйнштейна-Де Хааза – при намагничивание тела вдоль некоторой оси, тело получает относительно этой оси механический момент, пропорциональный приобретенной намагниченности [3].

Эффект Шубникова-Де Хааза – осциллирующая зависимость электрического сопротивления р монокристаллического проводника от обратного магнитного поля Н, наблюдается при низких температурах. Открыт Шубниковым и немецким физиком В. Де Хаазом в 1930 г. в монокристалле BL Период осцилляции А зависит от ориентации поля Н относительно кристаллографических осей. С ростом температуры амплитуда осцилляции экспоненциально убывает [3].

 

Рис. 7.1. Осциллирующая зависимость электрического сопротивления р монокристаллического проводника от обратного магнитного поля Н

 

Эффект Маджи-Риги-Ледюка – изменение теплопроводности проводника под действием магнитного поля. Открыт итальянскими и французскими учеными в 1887 г. Эффект обусловлен искривлением траекторий носителей тока в магнитном поле под действием силы Лоренца, что соответствует уменьшению эффективной длины свободного пробега носителей заряда и приводит к изменению электронной части теплопроводности. В полупроводниках величина эффекта значительно больше, чем в металлах [3].

Эффект Барнетта – намагничивание ферромагнетиков при их вращении в отсутствии магнитного поля; открыт в 1909 г. американским физиком С. Барнеттом. Эффект объясняется тем, что при вращении магнетика создается гироскопический момент, стремящийся повернуть спиновые или орбитальные механические моменты атомов по направлению оси вращения магнетика. С механическим моментом атомов связан их магнитный момент, поэтому при вращении появляется составляющая магнитного момента вдоль оси вращения [3].

Эффект Мейснера – полное вытеснение магнитного поля из металлического проводника, когда последний становится сверхпроводящим (при понижении температуры и напряженности магнитного поля ниже критического значения). Впервые наблюдался В. Мейснером и Р. Оксенорельдом в 1933 г. Согласно эффекту Мейснера, идеальный сверхпроводник ведет себя как идеальный диамагнетик. При этом эффекте внешнее магнитное поле оказывается заэкранированным диамагнитными токами, возникающими в тонком поверхностном слое сверхпроводника. В недостаточно чистых металлах и сплавах наблюдается частичное «замораживание» магнитного поля в объеме сверхпроводника, то есть неполнота эффекта Мейснера [3].

 

Магнетики

 

Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). По величине и направлению этого момента, а также по причинам, его породившим, все вещества делятся на группы. Основные из них – диа- и парамагнетики.

Молекулы диамагнетика собственного магнитного момента не имеют. Он возникает у них только под действием внешнего магнитного поля и направлен против него. Таким образом, результирующее магнитное поле в диамагнетике меньше, чем внешнее поле, правда, на очень малую величину. Это приводит к тому, что при перемещении диамагнетика в неоднородное магнитное поле он стремится сместиться в ту область, где напряжение магнитного поля меньше.

Благодаря этому разработали гироскопическую систему, практически свободную от трения, содержащую цилиндрический ротор, концы которого окружены парой кольцевых постоянных магнитов. На каждом конце ротора установлена вставка из диамагнитного материала, взаимодействующая с соответствующим постоянным магнитом так, что создаются отталкивающие магнитные силы, которые удерживают ротор в состоянии, характеризующимся отсутствием физического контакта ротора с магнитом: ротор "всплывает" в магнитном поле практически без трения.

Молекулы (или атомы) парамагнетика имеют собственные магнитные моменты, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.

Так, например, жидкий кислород – парамагнетик, он притягивается к магниту.

Магнитная проницаемость конкретного вещества зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля, формы рассматриваемого поля (так как конечные размеры любого магнетика приводят к появлению встречного поля, уменьшающего первоначальное), температуры, частоты изменения магнитного поля, наличия дефектов структуры и т.д.

Учитывая эти факторы был разработан способ структуроскопии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие подвергают взаимодействию с электроиндуктивным преобразователем магнитной проницаемости в электрические сигналы, по которым судят о результатах контроля, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности определения усталостных изменений в структуре материала изделия, поверхность последнего сканируют преобразователем по заданной функции относительно места концентрации механических напряжений, регистрируют экстремумы относительного значения магнитной проницаемости и по их распределению судят об усталостных изменениях в структуре материала.

Так же существует способ неразрушающего контроля физико-химических процессов в структурированных упруго-вязкопластичных системах, основанный на изменении магнитной восприимчивости, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения нормальной густоты водных растворов вяжущих веществ, изменяют во времени изменения удельной магнитной восприимчивости и по максимальному значению ее судят о готовности продукта.

Существует ряд веществ, в которых квантовые эффекты межатомных взаимодействий приводят к появлению специфических магнитных свойств.

Наиболее интересное свойство – ферромагнетизм. Оно характерно для группы веществ в твердом кристаллическом состоянии (ферромагнетиков), характеризующихся параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма.

Параллельная ориентация магнитных моментов существует в довольно больших участках вещества – доменах. Суммарные магнитные моменты отдельных доменов имеют очень большую величину, однако сами домены обычно ориентированы в веществе хаотично. При наложении магнитного поля происходит ориентация доменов, что приводит к возникновению суммарного магнитного момента у всего объема ферромагнетика, и, как следствие, к его намагничиванию.

Постоянный магнит, содержащий одноименные частицы, отличающийся тем, что с целью повышения коэрицитивной силы, в качестве доменов использованы отрезки литого микропровода в стеклянной изоляции, каждый из которых содержит один микрокристал.

Естественно, что ферромагнетики, как и парамагнетики, перемещаются в ту точку поля, где напряженность максимальная (втягиваются в магнитное поле). Из-за большой величины магнитной проницаемости сила, действующая на них, гораздо больше.

Способы склеивания ферромагнитных:

- способ склеивания ферромагнитных материалов, включающий операцию нанесения клея на склеиваемые поверхности, соединение поверхностей, полного отвердения клея, отличающийся тем, что с целью уничтожения прочности склеивания, в период открытой выдержки раздельно проводят обработку каждой из двух склеиваемых поверхностей с нанесенным на них слоя клея постоянными магнитными полями противоположной полярности с напряженностью от 500 до 700 эрстед;

- способ по п.1, отличающийся тем, что в период отверждения на клеевой шов воздействуют магнитным полем, совпадающим по направлению с полем остаточного магнетизма.

 Для обработки внутренних поверхностей труб применяют способ, включающий операции по введению внутрь трубы абразива в виде мелкозернистого или порошкообразного вещества высокой твердости, перемещения этого абразива относительно внутренней поверхности трубы при их взаимном контакте и последующего извлечения из трубы полученного порошкообразного продукта, отличающийся тем, что с целью улучшения качества обработки трубы и для ее нагрева, ферромагнитный абразив после его введения внутрь трубы подвергается воздействию вращающегося электромагнитного поля, созданного вокруг трубы.

Здесь используется эффект втягивания ферромагнетика в то место поля, где магнитные силовые линии "гуще"; так как поле вращается, то вращаются и частицы.

Существование доменов в ферромагнетиках возможны только ниже определенной температуры (точка Кюри). Выше точки Кюри тепловое движение нарушает упорядоченную структуру доменов и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком.

Данное свойство используется в термолюминесцентном дозиметре, содержащим дозиметрический элемент, заключенный в герметизированную прозрачную камеру и снабженный носителем люминесцентного материала, нагреваемый индукционным путем, отличающийся тем, что носитель содержит ферромагнитный материал, точка Кюри которого, характеризующие фазовый переход второго рода, соответствуют определенной максимальной температуре.

Диапазон температур Кюри для ферромагнетиков очень широк: у радолиния температура Кюри 20 C, для чистого железа - 1043 К. Практически всегда можно подобрать вещество с нужной температурой Кюри.

А так же в магнитной муфте скольжения, содержащая корпус и многополюсный ротор с постоянными магнитами, отличающаяся тем, что с целью автоматического включения муфты при заданной температуре, она снабжена шунтами, установленными между полюсами ротора и выполненного из термореактивного материала, имеющего характеристику магнитной проницаемости с точкой Кюри, соответствующей заданной температуре, а корпус и ротор изготовлены из материала сточкой Кюри, соответствующей температуре выше заданной.

При понижении температуры все парамагнетики, кроме тех у которых парамагнетизм обусловлен электронами проводимости, переходят либо в ферромагнитное, либо в антиферромагнитное состояние.

У некоторых веществ (хром, марганец) собственные магнитные моменты электронов ориентированы антипараллельно (навстречу) друг другу. Такая ориентация охватывает соседние атомы и их магнитные моменты компенсируют друг друга. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной восприимчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики.

Для антиферромагнетиков также существует температура, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля.

У некоторых ферромагнетиков (эрбин, диоброзин, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точка Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком.

Необратимое изменение намагниченности ферромагнитного образца, находящегося в слабом постоянном магнитном поле, при циклическом изменении температуры называется температурным магнитным гистерезисом. Наблюдается два вида гистерезиса, вызванных изменением доменов и кристаллической структуры. Во втором случае точка Кюри при нагреве лежит выше, чем при охлаждении.

Существует способ записи оптических изображений на ферромагнитную пленку, заключающийся в ее экспонировании, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса записи путем исключения операции по намагничиванию пленки, экспонирование пленки осуществляют в интервале от температуры Кюри при нагреве до температуры Кюри при охлаждении.

А так же способ сборки ферритовых постоянных магнитов в систему с предварительным намагничиванием каждого магнита, отличающийся тем, что с целью исключения потери намагниченности при сборке, перед операцией намагничивания каждый постоянный магнит нагревают до температуры, при которой кривые возврата совпадают с кривой размагничивания.

Ферримагнетизм – (или антиферромагнетизм нескомпенсированный) совокупность магнитных свойств веществ (ферромагнетиков) в твердом состоянии, обусловленных наличием внутри тела межэлектродного обменного взаимодействия, стремящегося создать антипараллельную ориентацию соседних атомных магнитных моментов. В отличии от антиферромагнетиков, соседние противоположно направленные магнитные моменты в силу каких-либо причин не полностью компенсируют друг друга. Поведение ферромагнетика во внешнем поле во многом аналогично ферромагнетику, но температурная зависимость свойств имеет иной вид: иногда существует точка компенсации суммарного магнитного момента при температуре ниже точки Нееля. По электрическим свойствам ферромагнетики диэлектрики или полупроводники.

Суперпарамагнетизм – квазипарамагнитное поведение систем состоящих совокупности экстремально малых ферро или феримагнитных частиц. Частицы этих веществ при определенно малых размерах переходят в однодоменное состояние с однородной самопроизвольной намагниченностью по всему объему частицы. Совокупность таких веществ ведет себя по отношению к воздействию внешнего магнитного поля и температуры подобно парамагнитному газу (сплавы меди с кобальтом, тонкие порошки никеля и т.д.).

Очень малые частицы антиферрмагнетиков также обладают особыми свойствами, похожими на суперпарамагнетизм, поскольку в них происходит нарушение полной компенсации магнитных моментов. Аналогичными свойствами обладают и тонкие ферромагнитные пленки.

Супермагнетизм применяется в тонких структурных исследованиях, в методах неразрушающего определения размеров, форм, количества и состава магнитной фазы и т.п.

Пьезомагнетики – вещества, у которых при наложении упругих напряжений возникает спонтанный магнитный эффект, пропорциональный первой степени величины напряжений. Этот эффект весьма мал и легче всего его обнаружить в антиферромагнетиках.

Магнитоэлектрики – вещества, у которых при помещении их в электрическое поле возникает магнитный момент, пропорциональный значению поля.

 

Магнитокалорический эффект

 

Магнитокалорический эффект – изменение температуры магнетика при его намагничивании. Для парамагнетика увеличение поля приводит к увеличению температуры, что используется для получения сверхнизких температур методом адиабатического размагничивания парамагнитных солей.

Магниторезистивный эффект – эффект изменения электрического сопротивления твердого проводника под действием внешнего магнитного поля Н. Различают поперечный магниторезистивный эффект, при котором электрический ток I течет перпендикулярно магнитному полю, и продольный. Причина магниторезистивного эффекта - искривление траекторий носителей тока в магнитном поле.

Понижение температуры и увеличение Н приводит к увеличению отношения (Др/р)_ь В сильных полях для большого количества металлов при температуре жидкого азота (Ap/p)j_ линейно зависит от Н. В слабых полях (Ар/р)л пропорционально Н². Сопротивление обычно растет при увеличении магнитного поля; исключения составляют ферромагнетики [3].

Применение: в приборах для измерения магнитных полей (магнитометрах).

7.3. Магнитострикция

Пьезомагнитный эффект – возникновение в веществе намагниченности под действием внешнего давления. Пьезомагнетизм может существовать только в антиферромагнетиках и принципиально не возможен в пара- и диамагнетиках.

Пьезомагнетизм возникает, когда под действием приложенного давления симметрия магнитной структуры антиферромагнитного кристалла изменяется таким образом, что в нем появляется слабый ферромагнетизм.

Пьезомагнитный эффект был экспериментально обнаружен пока лишь в 3-х антиферромагнитных кристаллах: MnF₂, CoF₂ и -Fe₂O₃. величина намагниченности пропорциональна приложенному упругому напряжению. Пьезомагнитный эффект невелик. Существует обратный эффект -магнитострикция антиферромагнетиков [3].

Механострикция – деформация, возникающая в ферро-, ферри- и антиферромагнитных образцах при наложении механических напряжений, изменяющих магнитное состояние (намагниченность) образцов. Механострикция является следствием магнитострикции.

В отсутствии внешнего магнитного поля механические напряжения вызывают в образце процессы смещения границ магнитных доменов и вращения векторов их самопроизвольной намагниченности, что приводит к дополнительному, по сравнению с упругим, изменению размеров образца. При наличии механострикции деформация образца оказывается непропорциональна напряжению [3].

Изменение размеров тела, вызванное изменениями его намагниченности, называют магнитострикцией (объемной или линейной). Величина эффекта для объемной магнитострикции -3·10^-5, для линейной – 10^-4. Этот эффект сильно зависит от соотношения в сплаве и от температуры.

Необычное применение эффекта для нагрева:

- установка для индукционного нагрева текучих сред содержащая массивный сердечник с продольными каналами для прохождения среды и обхватывающее его коаксиально установленные изоляционную трубку и индуктор, подключенный к источнику переменного тока, отличающаяся тем, что с целью интенсификации нагрева путем информации кристаллической решетки материала сердечника, а индуктор дополнительно подключен к источнику постоянного тока.

Термострикция – магнитострикционная деформация ферро и антиферромагнитных тел при нагревании их в отсутствии магнитного тела. Эта деформация сопутствует изменению самопроизвольной намагниченности с нагревом. Она особенно велика в близи точек Кюри и Нееля, т.к. здесь особенно сильно изменяется намагниченность.

Наложение термострикции на обычное тепловое расширение приводит к аномалии в ходе теплового расширения. В некоторых феромагнитах и антиферромагнитах эти аномалии очень велики.

Магнитострикция – эффект изменения формы и размеров тела при его намагничивании; открыт английским ученым Дж. Джоулем (1842 г.). В ферро- и ферримагнетиках (Fe,Ni,Co,Cd,Tb и др.) и в некоторых сплавах магнитострикция достигает значительной величины. В антиферро-, пара- и диамагнетиках магнитострикция значительно меньше.

Магнитострикция относится к четным магнитным эффектам, так как она не зависит от знака магнитного поля. Обычно измеряется относительное удлинение образца в направлении поля (продольная магнитострикция) или перпендикулярно направлению поля (поперечная магнитострикция).

Величина, знак и графический ход зависимости магнитострикции от напряженности поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (получение примесей, термической и холодной обработки). Магнитострикция рекордно высока у некоторых редкоземельных сплавов: DyFe₂, TbFe₂ ( 10^-3 ... 10^-2).

 

 

Рис. 7.2. Продольная (1) и поперечная (2) магнитострикция сплава NiFe

 

Применение: в магнитострикционных преобразователях (излучатели и приемники энергии), трансформаторах, фильтрах, резонаторах, где используются ферромагнетики [3].

Магнитоупругий эффект – влияние механической деформации (растяжение, кручение, изгиба и т.д.) на намагниченность ферромагнетика. Открыт в 1865 г. итальянцем Э. Виллари.

При постоянном упругом напряжении, положенном на ферромагнитный образец, изменение (прирост) намагниченности образца с ростом магнитного поля сначала увеличивается, затем проходит через максимум (точка Виллари) и в пределе убывает до нуля.

Магнитоупругий эффект - обратен эффекту магнитострикции. Ферромагнетики (например, Ni), которые при намагничивании сокращаются в размерах (обладают отрицательной магнитострикцией), при растяжении уменьшают свою намагниченность (отрицательный эффект Виллари). Наоборот растяжение ферромагнетиков с положительной магнитострикцией, приводит к увеличению их намагниченности (положительный эффект Виллари). При сжатии знак меняется на обратный [3].

Эффект Видемана – возникновение деформации кручения у ферромагнитного стержня, по которому течет электрический ток, при помещении стержня в продольное магнитное поле. Открыт в 1858 г. немцем Г. Видеманом. Эффект Видемана – одно из проявлений магнитострикции в поле, образованном сложением продольного магнитного поля и кругового магнитного поля, создаваемого электрическим током. Если электрический ток (или магнитное поле) является переменным, то в стержне возбуждаются крутильные колебания [3].

 

Магнитоэлектрический эффект

 

Магнитоэлектрический эффект – явление намагничивания ряда веществ в антиферромагнитном состоянии электрическим полем и их электрически поляризация магнитным полем. Этот эффект обусловлен специфической симметрией расположения магнитных моментов в кристаллической решетке вещества. Эффект позволяет получать сведения о магнитной структуре веществ без сложных нейтронографических последствий и применяется в волноводных устройствах СВЧ.

 

Гиромагнитные явления

 

В основе гиромагнитных или магнитомеханических явлений лежит вращение электрона вокруг ядра. Суть этих явлений заключается в том, что намагничивание магнетика приводят к его вращению и наоборот вращение магнетика вызывает его намагничивание.

Для компенсации влияния гиромагнитного эффекта при угловом перемещении магнитометров результирующего поля, находящегося на самолете, и прибор для его осуществления обеспечивает компенсацию влияния гиромагнитного эффекта на магнитометр результирующего поля который имеет отсчитывающую обмотку. Гиромагнитный эффект возникает в результате углового перемещения относительно данного направления, совершаемого самолетом, на котором находится магнитометр. Вырабатывается электрический сигнал, величина которого пропорциональна угловой скорости самолета относительно данного направления. В отсчеты магнитометра вводится пропорциональная этому сигналу коррекция, которая учитывает также угол между указанным выше направлением силовых линий измеряемого поля.

 

Магнитоакустический эффект

 

Магнитоакустические эффекты – (магнитоупругие взаимодействия) возникают в результате взаимодействия между спинами магнитных ионов и упругими колебаниями решетки, т.е. в результате тех же взаимодействий, что и магнитострикционные эффекты.

Волоконный звукопровод, состоящий из волокон звукопроводящего материала, собранных по концам в жгут, отличающийся тем, что с целью увеличения стабильности эксплуатационных характеристик волокна выполнены из ферромагнитного материала и намагничены на требуемом участке звукопровода по всему его сечению в одном направлении.

Измерение частоты механических колебаний объекта основанно на совпадении составляющей вибрации с частотой собственных колебаний одного из несколько упругих элементов, жестко связанный с объектом, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения, жесткость упругого элемента изменяют магнитным полем с симметричной магнитодвижущей силой напряженность которого изменяется пилообразным током, и по величине тока в момент резонанса определяют частоту механических колебаний объекта.

 

Ферромагнитный резонанс

 

 Ферромагнитный резонанс – электронный магнитный резонанс в ферромагнетиках – это совокупность явлений, связанных с избирательным поглощением ферромагнитиками энергии электромагнитного поля при частотах совпадающих с собственными частотами процессии магнитных моментов электронной системы во внутреннем эффективном магнитном поле. (Поглощение на несколько порядков больше, чем в ВПР).

Измерения мгновенного значения тока путем сравнивания с постоянным током. С целью увеличения быстродействия и точности измерения, ферритовый элемент выводят из режима ферромагнитного резонанса помещая его в магнитное поле измеряемого постоянным током, возвращают его в режим феррорезонанса, изменяя постоянный ток, и по величине постоянного тока судят о мгновенном значении измеряемого параметра.

 

---

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 1069; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!