7.1.1. Природа магнитострикции
Эффект магнитострикции,
называемый также эффектом Джоуля, состоит в изменении размеров при
намагничивании или изменении магнитного состояния [4]. Различают
линейный и объемный магнитострик-ционный эффекты. Линейный эффект состоит
в изменении длины образца из ферромагнитного материала под действием
магнитного поля, а объемный - в изменении его объема. Поскольку изменение
объема обычно невелико, под магнитострикцией, как правило, понимают
именно линейную магнитострикцию.
Магнитострикционное поведение
часто путают с механострикцион-ным. Их различие заключается в том, что
механострикционное поведение является более общим и включает
изменение не только длины, но и модуля упругости. Оба эффекта обусловлены
связью упругой и магнитной энергии.
Магнитострикция состоит в
самопроизвольном деформировании атомной решетки ферромагнитного материала
под действием магнитного поля вследствие снижения при этом общей
энергии, равной сумме энергий упругого деформирования и энергии магнитного
поля.
Теории механострикции учитывают
межатомные взаимодействия [5].
При этом следует различать магнитострикционную и
механострикцион-
//Я2 г Ее2
ную связь плотности магнитной
энергии —— и упругой энергии ——
(ц — магнитная проницаемость, Н — напряженность магнитного поля, Е - модуль Юнга, е - деформация).
Явление магнитострикции открыл
Джоуль в 1842 году [4]. Он обнаружил, что при намагничивании железо
удлиняется в направлении магнитного поля и сокращается в перпендикулярном
направлении. В 1882 году Берет [6] показал, что при приложении магнитного
поля никель сжимается и при этом изменяется его объем. В течение
первой половины XX столетия при различных температурах изучали
поведение железа, кобальта, никеля и других сплавов в магнитном поле.
Исследовали как монокристаллы, так и поликристаллические материалы.
Однако интерес к исследованию магнитострикции постепенно угас [7],
что было обусловлено малой величиной эффекта. Величину линейной
магнитострикции описывают параметром /s (магнитострикционной
постоянной), равной (A///)s~~ отношению максимального
изменения длины к начальной длине при насыщении в зависимости от величины
магнитного поля. Магнитострикционные постоянные в это время имели порядок
10~5. Их значения для первых поликристаллических и
монокристаллических материалов приведены в табл. 7.1.
Для прикладных целей до
последней четверти XX столетия наиболее перспективными считали никель и
сплавы на его основе. Это было обусловлено относительно высокой
развиваемой деформацией и низкой
