Примечание. 1

= 10³  и 1 = 10^–3 .

В таблице m_a и m_r — начальная и обратимая магнитные проницаемости М. м.;

— магнитострикционная постоянная, характеризующая зависимость механического напряжения от магнитной индукции В в образце при его неизменной деформации e; — чувствительность М. м. к напряжению в неизменном магнитном поле Н; k — коэффициент магнитомеханической связи, существенный для ультразвуковых магнитострикционных излучателей (отношение преобразованной излучателем механической энергии к подводимой электромагнитной энергии).

  Лит.: Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд., М. — Л., 1966; Гершгал Д. А., Фридман В. М., Ультразвуковая аппаратура, М. — Л., 1961; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965.

Магнитострикционный преобразователь

Магнитострикцио'нный преобразова'тель, электромеханический или электроакустический преобразователь, в котором энергия магнитного поля преобразуется в энергию механических колебаний и наоборот благодаря обратимому эффекту магнитострикции. Применяется как излучатель или приёмник ультразвука, при измерениях вибраций различных конструкций и сооружений, в фильтрах и стабилизаторах электро- и радиотехнических устройств. М. п. представляет собой сердечник из магнитострикционного материала (никель, спец. сплавы, ферриты и др.) с обмоткой. Преобразующим элементом является сам сердечник, в котором относительное удлинение при намагничивании достигает значений 

, где l — длина, Dl — приращение длины сердечника при его намагничивании. При частотах 10—100 кгц наиболее рационально применять М. п. из металлических материалов, обладающих более высокими механической прочностью и индукцией насыщения. М. п. гидроакустических и ультразвуковых промышленных установок чаще всего имеют стержневую или кольцевую форму, иногда выполняются в виде тонкостенных трубок, колеблющихся по длине; звук излучается или принимается торцевыми поверхностями магнитопровода.

Магнитострикция

Магнитостри'кция (от магнит и лат. strictio — сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем в 1842. В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb и других, ряде сплавов, ферритах) М. достигает значительной величины (относительное удлинение Dl / l » 10^-6—10^-2). В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках М. очень мала. Обратное по отношению к М. явление — изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации — называется магнитоупругим эффектом, иногда — Виллари эффектом.

  В современной теории магнетизма М. рассматривают как результат проявления основных типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрического обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия (см. Ферромагнетизм). В соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных деформаций кристаллические решётки: за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.

  При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью H_s, в котором образец достигает технического магнитного насыщения I_s. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решётки. М. этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.). Для расчёта линейной М. существуют полуэмпирические формулы. Так, М. ферромагнитных кристаллов кубической симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по формуле:

,

  где s_i, s_j и b_i, b_j — направляющие косинусы соответственно вектора J_s и направления измерения относительно рёбер куба, а₁ и a₂ — константы анизотропии М., численно равные

, , где  и — максимальные линейные М. соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла. Величину l_s = (Dl / l) _s называют М. насыщения или магнитострикционной постоянной.

  М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абсолютной величины J_s (парапроцесс, или истинное намагничивание). М. за счёт обменных сил в кубических кристаллах изотропна, то есть проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (например, гадолинии) эта М. анизотропна. М. за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных температурах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества. Однако в некоторых сплавах с малым коэффициентом теплового расширения (инварных магнитных сплавах) М. велика [в магнитных полях ~ 8×10⁴ а/м (10³ э) отношение DV / V ~ 10^-5]. Значительная по величине М. парапроцесса возникает также в ферритах при разрушении или создании магнитным полем неколлинеарных магнитных структур.

  М. относится к так называемым чётным магнитным эффектам, так как она не зависит от знака магнитного поля. Экспериментально больше всего изучалась М. в поликристаллических ферромагнетиках. Обычно измеряется относительное удлинение образца в направлении поля (продольная М.) или перпендикулярно направлению поля (поперечная М.). Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная М. в области полей технического намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины одинаковы (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная М. отрицательны; причина этого ещё не ясна. Величина, знак и графический ход зависимости М. от напряжённости поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (кристаллографической текстуры, примесей посторонних элементов, термической и холодной обработки). У Fe (рис. 2) продольная М. в слабом магнитном поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле — отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная М. отрицательна. Сложный характер М. в поликристаллических образцах ферромагнетиков определяется особенностями анизотропии М. в кристаллах соответствующего металла. Большинство сплавов Fe — Ni, Fe — Co, Fe — Pt и других имеют положительный знак продольной М.: Dl / l » (1—10)×10^-5. Наибольшей продольной М. обладают сплавы Fe — Pt, Fe — Pd, Fe — Со, Mn — Sb, Mn — Cu — Bi, Fe — Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe₂O₄, Tb₃Fe₅O₁₂, Dy₃Fe₅O₁₂: Dl / l » (2—25)×10^-4. Рекордно высока М. у некоторых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений, например у Tb и Dy, у TbFe₂ и DyFe₂: Dl / l » 10^-3—10^-2 (в зависимости от величины приложенного поля). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U₃As₄, U₃P₄ и других).