Efecte Villari, efecte magnetoelàstic: el fenomen invers de la magnetostricció
Efecte Villari porta el nom d'un físic italià Emilio Villarique va descobrir aquest fenomen l'any 1865. El fenomen també s'anomena efecte magnetoelàstic… La seva essència física rau en el canvi de permeabilitat magnètica, així com en les propietats magnètiques associades dels ferroimants durant la deformació mecànica de mostres fetes d'aquests ferroimants. El treball es basa en aquest principi transductors de mesura magnetoelàstics.
Per exemple, mira de bucles d'histèresi permaloide i níquel en condicions de funcionament en exemplars amb esforços mecànics fets d'aquests materials. Així, quan s'estira una mostra de níquel, a mesura que augmenta la tensió de tracció, el bucle d'histèresi s'inclina. Això vol dir que com més níquel s'estira, menor serà la seva permeabilitat magnètica. La resistència a la tracció del níquel també disminueix. I permaloy és el contrari.
Quan la mostra de permalloy s'estira, la forma del seu bucle d'histèresi s'aproxima a una rectangular, el que significa que la permeabilitat magnètica de la permalloy augmenta durant l'estirament i la inductància residual també augmenta. Si la tensió canvia de tensió a compressió, també s'inverteix el signe del canvi en els paràmetres magnètics.
El motiu de la manifestació de l'efecte Villari dels ferroimants sota deformació és el següent. Quan una tensió mecànica actua sobre un ferroimant, canvia la seva estructura de domini, és a dir, els límits del domini es desplacen, els seus vectors de magnetització giren. Això és similar a magnetitzar el nucli amb un corrent. Si aquests processos tenen la mateixa direcció, aleshores la permeabilitat magnètica augmenta, si la direcció dels processos és oposada, disminueix.
L'efecte Villari és reversible, d'aquí el seu nom efecte magnetoestrictiu invers… L'efecte de la magnetostricció directa consisteix en la deformació d'un ferroimant sota l'acció d'un camp magnètic aplicat a ell, que també porta a un desplaçament dels límits del domini, a una rotació dels vectors dels moments magnètics, mentre que la xarxa cristal·lina de la substància canvia el seu estat energètic a causa d'un canvi en les distàncies d'equilibri dels seus nodes, a causa del desplaçament dels àtoms dels seus llocs originals. La xarxa cristal·lina es deforma de manera que per a algunes mostres (ferro, níquel, cobalt, els seus aliatges, etc.) l'allargament arriba a 0,01.
Tan, magnetostricció: la propietat d'alguns metalls i aliatges ferromagnètics de deformar-se (contraure's o expandir-se) durant la magnetització i, per contra, de canviar la magnetització durant la deformació mecànica.
Aquest fenomen s'utilitza per implementar ressonadors magnetostrictius, on la ressonància mecànica es produeix sota l'acció de camps magnètics alterns. Els ressonadors magnetostrictius es poden fabricar per a freqüències de fins a 100 kHz i fins i tot superiors, i en aquestes freqüències troben diverses aplicacions per a l'estabilització de freqüència (similar al quars piezoelèctric) per rebre ultrasons, etc.
Des del punt de vista de l'efecte magnetoelàstic, el material es pot caracteritzar per un paràmetre com coeficient de susceptibilitat magnetoelàstica... Es defineix com la relació entre el canvi en la permeabilitat magnètica relativa d'una substància a la seva deformació relativa o a la tensió mecànica aplicada. I ja que el canvi relatiu en la longitud i l'esforç mecànic estan relacionats la llei de Hooke, aleshores els coeficients es relacionen entre si pel mòdul de Young:
El canvi en la permeabilitat magnètica d'un material durant la seva deformació es pot convertir en un senyal elèctric mitjançant la mesura inductiva (conversió inductiva o inductiva mútua).
Se sap que la inductància d'una bobina en un circuit magnètic tancat de secció transversal constant es troba mitjançant la fórmula següent:
Si ara el circuit magnètic es deforma per l'acció d'alguna força externa, llavors les dimensions geomètriques i la permeabilitat magnètica del circuit magnètic (nucli de la bobina) canviaran. Així, la deformació mecànica modifica la inductància de la bobina. El canvi en la inductància es pot calcular mitjançant la diferenciació:
Els materials ferromagnètics amb un efecte Villari molt pronunciat permeten prendre:
Per a la conversió de mesura inductiva mútua, es canvia la inductància mútua de les bobines:
L'efecte Villari s'utilitza en els moderns transductors de mesura magnetoelàsticsque permeten mesurar forces i pressions significatives, esforços mecànics i deformacions en diversos objectes.