Физическая энциклопедия

МАГНИТОСТРИКЦИЯ


(от магнит и лат. strictio — сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при его намагничивании; открыто англ. учёным Дж. Джоулем (1842). В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb, Dy и др., в ряде сплавов, ферритах) М. достигает значит. величины (относит. удлинение Dl/l =10-5—10-2). В антиферро-, пара- и диамагнетиках М. в большинстве случаев очень мала (10-6—10-7). Обратное по отношению к М. явление — изменение намагниченности ферромагн. образца при деформации — наз. магнитоупругим эффектом или Виллари эффектом.
В теории магнетизма М. рассматривают как результат проявления осн. типов вз-ствий в ферромагн. телах: электрического обменного вз-ствия и магн. вз-ствия (см. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ), В соответствии с этим возможны два вида различных по природе магнитострикц. деформаций тел (их крист. решётки): за счёт изменения магн. сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.
При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале от нулевого поля до поля напряжённостью Hs, в к-ром образец достигает техн. магн. насыщения Js. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и поворота магн. моментов доменов по полю. Оба эти процесса изменяют энергетич. состояние крист. решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между ее узлами. В результате атомы смещаются, происходит деформация решётки. М. этого вида зависит от направления и величины намагниченности J (т. е. анизотропна) и проявляется в осн.в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.). Для расчёта линейной М. существуют феноменологич. ф-лы. Так, М. ферромагн. кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по ф-ле:
где si, sj и bi, bj — направляющие косинусы вектора Js и направления измерения (относительно рёбер куба), a1 и a2 — константы анизотропии М., численно равные:
где (Dl//l)(100) и (Dtl/l)(111) — максимальные линейные М. соотв. в направлении ребра и диагонали ячейки, кристалла; их называют магнитострикц. постоянными. Величину ls=(Dl/l)s наз. М. насыщения.
М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше техн. насыщения, где магн. моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абс. величины J (парапроцесс). М. за счёт обменных сил в кубич. кристаллах изотропна, т. е. проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (напр., в Gd, Tb и др. редкозем. металлах) 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 ферромагн. св-ва в-ва. Однако в нек-рых сплавах с малым коафф. теплового расширения (инварных магн. сплавах) М. велика (в магн. полях = 8•104 А/м (103 Э) отношение DV/V=10-5). Значительная М. при парапроцессе характерна также для ферритов и редкозем. металлов и сплавов при разрушении ни создании в них магн. полем неколлинеарных магнитных структур.
М. относится к т, н. чётным магн. эффектам, т. к. она не зависит от знака магн. поля. Наиболее исследована М. в поликрист. ферромагнетиках. Обычно измеряется относит. удлинение образца в направлении ноля H (п р о д о л ь н а я М.) или перпендикулярно направлению поля (п о п е р е ч н а я М.). Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная М. в области полей техн. намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины имеют одинаковый знак (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная М. отрицательны. У Fe (рис. 2) продольная М. в слабом магн. поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная М. отрицательна.
Рис. 1. Продольная (I) и поперечная (II) магнитострикция сплава Ni (36%) — Fe (64%). в слабых полях они имеют разные знаки, в сильных — при парапроцессе — одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный хар-р).
Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликрист. металлов, сплавов и соединений от напряжённости магн. поля.
Большинство сплавов Fe — Ni, Fe — Со, Fe — Pt и др. имеют положительную продольную М.: Dl/l =(1—10)•10-6. Значительной продольной М. обладают сплавы Fe — Pt, Fe — Pd, Fe — Co, Mn — Sb, Mn — Cu — Bi, Fe — Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe2O4: Dl/l= (2—25)•10-4. Рекордно высока М. у нек-рых редкозем. металлов, их сплавов и соединений: у Tb и Dy, TbFe2 и DyFe2, ферритов-гранатов (напр., Tb3Fe5O12) Dl/l =10-3—10-2 (в зависимости от величины приложенного поля, при низких темп-pax). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U3As4, U3P4 и др.). 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). М. в области техн. намагничивания обнаруживает явление гистерезиса (рис. 3). Исследование М., особенно в области техн. намагничивания, помогает в изысканиях новых магнитных материалов как с высокой М. (см. МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ), так и с низкой (напр., отмечено, что высокая магн. проницаемость сплавов Fe — Ni типа пермаллоя связана с тем, что в них мала М. (наряду с малым значением константы магнитной анизотропии)).
М. влияет на тепловое расширение ферро-, ферри- и антиферромагнетиков, т. к. действие обменных (а в общем случае и магнитных) сил проявляется не только в магн. поле, но также и при нагревании тел в отсутствии поля (т е р м о с т р и к ц и я). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно
Рис. 3. Магнитострикц. гистерезис железа.
вблизи точек магнитных фазовых переходов (точек Кюри и Нееля, при темп-ре перехода коллинеарной магн. структуры в неколлинеарную и др.). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение иногда приводит к аномально малому значению коэфф. теплового расширения у нек-рых материалов, напр. у сплавов типа инвар (36% Ni, 64% Fe).
Большие аномалии модулей упругости и внутр. трения, также наблюдаемые в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках в окрестности точек Кюри и Нееля и др. магн. фазовых переходов, обязаны влиянию М., возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферри-магн. тела упругих напряжений в них даже при отсутствии внеш. магн. поля происходит перераспределение магн. моментов доменов (в общем случае изменяется и абс. величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнит. деформацией тела магнитострикц. природы — механострикцией. В непосредств. связи с механострикцией находится явление изменения под влиянием магн. поля модуля упругости ферромагн. металлов (DE-эффект).
Для измерения М. наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие наблюдать относит. изменения длины образца =10-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехн. и пнтерференц. методы. Получил распространение также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку, включённую в одно из плеч моста измерительного. Изменение длины проволочки и её электрич. сопротивления при магнитострикц. изменении размеров образца с высокой точностью фиксируют электроизмерит. прибором. На явлении М. основано действие магнитострикц. преобразователей (датчиков) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехн. устройствах, магнитострикц. линий задержки в акустике и т. д.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

МАГНИТОСТРИКЦИЯ

(от лат. strictio - сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при его намагничивании; открыто в железе Дж. П. Джоулем (J. P. Joule, 1842). Явление M. свойственно всем веществам как сильномагнитным (ферро-, ферри- и антиферромагнетикам), так и диа- и парамагнетикам, поскольку отражает взаимосвязь подсистем атомныхмагнитных моментовикристаллической решётки.В сильномагн. веществах M. достигает значит, величины (относит, удлинение 10-2). В диа- и парамагнетиках в большинстве случаев M. мала (10-7-10-5), но имеются исключения: Bi и редкоземельные парамагнетики, в к-рых она достигает 10~4. Существует ряд родственных M. явлений: спонтанная деформация решётки, или спонтанная M., сопутствующая изменению магн. состояния вещества при нагреве (иногда её наз. термострикцией); часть упругой деформации магнитострикц. природы, возникающей при действии механич. напряжений (механострикция); обратное по отношению к M. явление - изменение намагниченности магнетика при действии на него механич. напряжений (маг-нитоупругий эффект, или обратная M.).

В теории магнетизма рассматриваются разл. микро-скопич. механизмы M.: за счёт изменения магн.ди-полъ-диполъного взаимодействия, спин-орбитального взаимодействия, атакже взаимодействия анизотропного электронного облака атома переходного элемента свнутрикристаллическим полем("одноионная" M.) и за счёт изменения обменных сил как между атомами, так и между электронами. В ферро- и ферримагнетиках в диапазоне значений магн. поля, где протекают процессы смещения доменных границ и вращение векторовMsспонтанной намагниченности (см.Намагничивание),проявляется анизотропия M. - зависимость её величины и знака от направления в кристалле, при этом M. проявляется в изменении формы кристалла без изменения его объёма (линейная M.). Расчёты линейной M. в кристаллах осуществляют по феноменоло-гич. ф-лам. Так, для расчёта M. ферро- и ферримагн. кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, применяется ф-ла


где ,si, sjи - направляющие косинусы векторовMsи направления измерения по отношению к рёбрам куба,a1иa2- константы анизотропии M., численно равные:


где и - макс, линейные M. соответственно вдоль ребра и пространств, диагонали куба. Для ферро- и ферримагнетиков иной кристаллич. симметрии ф-лы для расчёта анизотропии M. носят более сложный характер. Путём усреднения по различным si, sj, biи bjможет быть получена ф-ла для расчёта M. поликристаллич. образцов (при условии, чтоa1иa2одного знака и близки друг другу по величине). Так, для Ni и сплавов Fe - Ni применима ф-ла


где u - угол между направлением напряжённости магн. поля H и направлением измерения линейной M. внутри поликристаллич. образца. Обычно M. измеряют вдоль направленияH(u = 0) и поперёкH(u = 90°), т. е. определяют значения продольной и поперечной M. Для большинства ферромагнетиков они имеют разные знаки.

В областипарапроцессав кубич. ферромагнетиках M. проявляется в изменении объёма (объёмная M.), иногда её наз. обменной M., поскольку она обусловлена изменением обменного взаимодействия и обычно велика вблизиКюри точки.Здесь её зависимость отHможет быть рассчитана по феноменологич. ф-лам, вытекающим из термодинамич. теориифазовых переходовЛандау или теориимолекулярного поля.Вдали от точки Кюри для большинства ферромагнетиков M. пара-процесса мала. Однако в т. н. зонных ферромагнетиках (см.Зонный магнетизм)она очень велика, даже при гелиевых темп-pax. Большая M. парапроцесса характерна для ферро- и ферримагнетиков при разрушении полемHсуществующих в них неколлинеарных магн. структур, т. к. при этом сильно изменяется обменная энергия.

M. относится к т. п. чётным магн. эффектам, т. к. не изменяет своей величины и знака при изменении направления поляH(или вектора M8) на противоположное.


Рис. 1. Зависимость продольной магнитоетрикции (D//Z) от напряжённости магнитного поляH(1Э = 79,6 А/м) для ряда металлов, их соединений и сплавов.




В пьезомагнетиках (см.Пъезомагнетизм)наблюдается M., линейная по магн. полю. M. исследована во многих поли- и монокристаллич. образцах ферро- и ферримагнетиков. У Fe (рис. 1) продольная M. в слабом магн. поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле отрицательна (укорочение). Для Ni при всех значениях поля продольная M. отрицательна. Большинство сплавов: Fe - Ni, Fe - Со, Fe - Pt и др. имеют положит, продольную M.: ~(10-100)*10-6, в то же время в них поперечная M. отрицательна. Для сплавов Fe - Ni т. н. инварного состава (30-45% Ni) при комнатных и даже низких темп-pax продольная и поперечная M. в поляхH>Hs(область прозрачности) имеют одинаковые положит, знаки (рис. 2), здесь M. выражается в изменении объёма.


Рис. 2. Продольная (I) и поперечная (II) магнитострикция сплава, содержащего 36% Fe, 64% Ni. В слабых поляхHони имеют разные знаки, в сильных (при парапроцессе) - одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер).



Необычайно высоки M. у нек-рых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений: у Tb и Dy, TbFe2и DyFe2, феррита-граната Tb3Fe5O12и др. (т. н. гигантская M.). В табл. приведены данные о M. в полях магн. насыщения редкоземельных магнетиков и для сопоставления - значения M. для Fe, Ni и Со.


Гигантская M. обнаружена у ряда соединений урана (U3As4, U3P4) и др. актинидов. Микроскопич. природа огромной M. редкоземельных и актинидных магнетиков связана с сильным взаимодействием пространственно-анизотропного облакаf-электронов атомов с впутрикристаллич. полем.


Исследование M., особенно в области техн. намагничивания, помогает в изысканиях новыхмагнитныхматериалов.Так, высокая магн. проницаемость сплавов типа пермаллоя связана с тем, что в них мала энергия магнитоупругой анизотропии вследствие малой величины M. (наряду с малым значением константы магн. кристаллографич. анизотропии). Эффект спонтанной M. влияет на тепловое расширение ферро-, ферри-и антиферромагнетиков, приводя в ряде случаев к компенсации его или к аномально малому коэф. теплового расширения (инвар-эффект). Большие аномалии модулей упругости, возникающие в нек-рых ферро- и анти-ферромагн. сплавах (элинварах) за счёт влияния спонтанной M., приводят к малым значениям температурных коэф. их модулей упругости. Кроме того, при воздействии на ферромагнетики упругих напряжений в них даже при отсутствии внеш. магн. поля происходит перераспределение магн. моментов доменов (в ряде случаев изменяется и абс. величина Af8домена), что приводит к изменению модулей упругости (явление ме-ханострикции).

В непосредств. связи с механострикцией находится изменение под влиянием внеш. магн. поля модуля упругости ферро-, ферри-и антиферромагн. тел (DE-эффект). M. является очень чувствительным индикатором к разл. магн. процессам имагнитным фазовым переходам,и поэтому её измерения широко используются при магн. исследованиях.

Для измерения M. применяют установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие наблюдать относит, изменения длины образца ~10-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехн. и интерференц. методы. Распространён также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку (с большим уд. сопротивлением), включённую в одно из плеч измерит, моста. Применяются также разл. методики измерения динамич. M. (в переменных магн. полях).

На явлении M. основано действие магнитострикц. преобразователей: излучателей и приёмников звука, фильтров, стабилизаторов частоты, линий задержки в радиотехн. и акустич. устройствах, устройств микро-перемещений, реле и др. Для этого применяются магнитострикц. материалы с разл. параметрами.

Лит.:Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках, [2 изд.], M., 1957; его же, Магнитострикционные явления и их технические приложения, M., 1987; Вонсовский С. В., Магнетизм, M., 1971.

К. П. Белов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


Синонимы:
стрикция


  1. магнитострикция—МАГНИТОСТРИКЦИЯ от магнит и лат. strictio сжатие натягивание изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем iв . В ферро и ферри...Большая советская энциклопедия
  2. магнитострикция—от магнит и лат. strictio сжатие натягивание изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем См. Джоуль в . В ферро и ферримагнет...Большая Советская энциклопедия II
  3. магнитострикция—от магнит и лат. strictio сжатие натягиваниеизменение размеров и формы кристаллического тела при намагничиваниивызывается изменением энергетического состояния кристалли...Большой энциклопедический словарь II
  4. магнитострикция—МАГНИТОСТРИКЦИЯ от магнит и лат. strictio сжатие натягивание изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании вызывается изменением энергетического с...Большой Энциклопедический словарь V
  5. магнитострикция—явление изменения формы и размеров тела при намагничивании характерна для ферромагнитных веществ и измеряется относительной величиной удлинения ферромагнетика при намагни...Геологическая энциклопедия
  6. магнитострикция—от магнитi и лат. strictio сжатие натягивание изменение размеров и формы кристаллич. тела при намагничивании вызывается изменением энергетич. состояния кристаллич. рештк...Естествознание. Энциклопедический словарь
  7. магнитострикция—корень МАГНИТ соединительная гласная О корень СТРИКЦИ окончание Я Основа слова МАГНИТОСТРИКЦИВычисленный способ образования слова Сложение основ МАГНИТ соединительна...Морфемный разбор слова по составу
  8. магнитострикция—Начальная форма Магнитострикция единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  9. магнитострикция—магнитострикция магнитострикция и...Орфографический словарь
  10. магнитострикция—u жu Р.u Д.u Пр.u магнитострикции стрикция...Орфографический словарь русского языка
  11. магнитострикция—magntostriction...Политехнический русско-французский словарь
  12. магнитострикция—Орфографическая запись слова магнитострикция Ударение в слове магнитострикция Деление слова на слоги перенос слова магнитострикция Фонетическая транскрипция слова магнито...Полный фонетический разбор слов
  13. магнитострикция—магнитострикция иСинонимы стрикция...Русский орфографический словарь
  14. магнитострикция—магнитострикция f english magnetostriction deutsch Magnetostriktion f franais magntostriction Синонимы стрикция...Русско-английский (-немецком, -французский) металлургический словарь
  15. магнитострикция—magnetostriction...Русско-английский аэрокосмический словарь
  16. магнитострикция—в датчике силы magnetostriction...Русско-английский машиностроительный словарь
  17. магнитострикция—magnetostriction...Русско-английский морской словарь
  18. магнитострикция—magnetostrictive effect direct magnetostriction magnetostriction магнитострикция ж.umagnetostrictionобъмная магнитострикция volume [bulk] magnetostrictionсамопроизвольн...Русско-английский политехнический словарь
  19. магнитострикция—magnetostriction...Русско-английский словарь по авиации
  20. магнитострикция—magnetostriction стрикция...Русско-английский словарь по машиностроению
  21. магнитострикция—ж. вынужденная магнитострикция вынужденная объмная магнитострикция гигантская магнитострикция истинная магнитострикция линейная магнитострикция обменная магнитострикция о...Русско-английский словарь по физике
  22. магнитострикция—magnetostriction direct magnetostriction magnetostrictive effect...Русско-английский словарь по электронике
  23. магнитострикция—ampLTelectr.ampGT magnetostriction объемная магнитострикция самопроизвольная магнитострикцияСинонимы стрикция...Русско-английский технический словарь
  24. магнитострикция—Магнтастрыкцыя...Русско-белорусский словарь
  25. магнитострикция—тех.i магнтастрыкцыя жен.i...Русско-белорусский словарь II
  26. магнитострикция—магнтастрыuкцыя цы магнитострикция продольная...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  27. магнитострикция—магнтастрыкцыя цы...Русско-белорусский физико-математический словарь
  28. магнитострикция—ж. magnetostrizione f...Русско-итальянский политехнический словарь
  29. магнитострикция—Синонимы стрикция...Русско-китайский словарь
  30. магнитострикция—Magnetostriktion...Русско-немецкий политехнический словарь
  31. магнитострикция—Magnetostriktion...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  32. магнитострикция—Magnetostriktion...Русско-немецкий химический словарь
  33. магнитострикция—физ. магнетострикця Синонимы стрикция...Русско-украинский политехнический словарь
  34. магнитострикция—magntostriction...Русско-французский словарь по химии
  35. магнитострикция—magnetostrikce...Русско-чешский словарь
  36. магнитострикция—магнитострикция иСинонимы стрикция...Русское словесное ударение
  37. магнитострикция—магнитострикция стрикция...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  38. магнитострикция—магнитострикция лат.em strictio натягивание изменение формы и размеров кристаллических тел при намагничивании. Новый словарь иностранных слов. by EdwART магнитострикция ...Словарь иностранных слов русского языка
  39. магнитострикция—Magnetostriction Магнитострикция. Изменения габаритов тела при воздействии магнитного поля. Источник Металлы и сплавы. Справочник. Под редакцией Ю.П. Солнцева НПО Профес...Словарь металлургических терминов
  40. магнитострикция—магнитострикция сущ. колво синонимов стрикция Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы стрикция...Словарь синонимов II
  41. магнитострикция—МАГНИТОСТРИКЦИЯ от магнит и лат . strictio сжатие натягивание изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании вызывается изменением энергетического с...Современный энциклопедический словарь
  42. магнитострикция—магнитострикция [лат. strictio натягивание] изменение формы и размеров кристаллических тел при намагничивании....Толковый словарь иностранных слов
  43. магнитострикция—Ударение в слове магнитострикцияУдарение падает на букву иБезударные гласные в слове магнитострикция...Ударение и правописание
  44. магнитострикция—Грант Гранит Граник Гран Готика Гот Гостия Гостиница Гостиника Гост Гос Горянка Горстка Горст Горняк Горница Горнист Горн Горка Горк Гори Гор Гонт Гонка Гония Гониатит Го...Электронный словарь анаграмм русского языка
  45. магнитострикция—Магнитострикция область явлений вызываемых натяжениями получающимися при намагничении тел см. Магнетизм....Энциклопедический словарь
  46. магнитострикция—[magnetostriction] изменение размеров и формы тела при его намагничивании. Различают линейную и объемную магнитострикцию. Линейная магнитострикция характеризуется относи...Энциклопедический словарь по металлургии
  47. магнитострикция—область явлений вызываемых натяжениями получающимися при намагничении тел см. Магнетизм....Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона