Magnetostrykcja
Magnetostrykcja – zjawisko powstawania odkształceń w ferromagnetykach pod wpływem pola magnetycznego[1]. Zjawiskiem odwrotnym jest efekt Villariego (Emilio Villari, 1836–1904). Zmiana rozmiarów pod wpływem pola magnetycznego może mieć charakter liniowy lub objętościowy.
Zależność między względną zmianą rozmiarów ciała a indukcją pola magnetycznego charakteryzuje wzór:
gdzie:
- – wydłużenie względne,
- – współczynnik proporcjonalności magnetostrykcji liniowej,
- – indukcja magnetyczna.
Zjawisko odkryte w 1842 roku przez Jamesa Joule’a podczas obserwacji magnesowania żelaza i stali[2].
Jest jednym z charakterystycznych przykładów obowiązywania w fizyce zasady wzajemności.
Zjawisko magnetostrykcji można powszechnie obserwować pośrednio bez żadnych przyrządów, ponieważ często można zetknąć się charakterystycznym buczącym dźwiękiem wydawanym przez urządzenia elektryczne, głównie transformatory montowane w stacjach transformatorowych. Zmienny prąd elektryczny wytwarza zmienne pole magnetyczne, które wywołuje zmianę wymiarów materiału, zmiana ta przenosi się na powietrze i może być słyszana jako dźwięk. Częstotliwość dźwięku jest dwa razy większa od częstotliwości napięcia i dla sieci elektroenergetycznej w Polsce wynosi 2·50 Hz = 100 Hz.
Współczynnik magnetostrykcji
Wartość współczynnika magnetostrykcji, oznaczanego grecką literą nie jest stała i zależy od rodzaju ferromagnetyka. Ponadto zmienia się wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej. Zazwyczaj wartość współczynnika magnetostrykcji podaje się dla stanu nasycenia, i oznacza symbolem Co więcej, znak tego współczynnika może być dodatni (wydłużanie) lub ujemny (skracanie). Mówi się wówczas o magnetostrykcji dodatniej bądź ujemnej. Na przykład dla niklu magnetostrykcja liniowa jest zawsze ujemna – drut niklowy w zewnętrznym polu magnetycznym ulega skróceniu, podczas gdy w przypadku żelaza znak magnetostrykcji zależy od wartości indukcji: dla słabych pól magnetycznych jest ona dodatnia, a dla silnych – ujemna.
Zastosowanie
Efekt magnetostrykcji jest wykorzystywany m.in. w generatorach ultradźwięków. Zjawisko odwrotne do magnetostrykcji wykorzystuje się w precyzyjnych czujnikach ciśnienia i naprężenia.
Efekt magnetostrykcji w przemyśle elektrotechnicznym występuje często jako zjawisko niekorzystne, wywołujące falę akustyczną wokół maszyny elektrycznej, transformatora lub dławika indukcyjnego[3]. Ograniczenie hałasu generowanego przez transformator czy dławik indukcyjny pracujący w obecności wyższych harmonicznych napięcia i prądu jest trudnym wyzwaniem technicznym, wymuszającym zastosowanie nowoczesnych materiałów magnetycznych do budowy magnetowodu.