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
атомных магнитных моментов и кристаллической 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, а также взаимодействия анизотропного электронного
облака атома переходного элемента с внутрикристаллическим 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 векторов Ms спонтанной
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, sj
и- направляющие
косинусы векторов Ms и
направления измерения по отношению к рёбрам куба, a1 и a2
- 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, bi
и bj может быть получена ф-ла для расчёта M. поликристаллич.
образцов (при условии, что a1 и a2 одного
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 направления H (u = 0) и поперёк H (u
= 90°), т. е. определяют значения продольной
и поперечной
M.
Для большинства ферромагнетиков они имеют
разные знаки.
В области парапроцесса в кубич. ферромагнетиках
M. проявляется в изменении объёма (объёмная M.), иногда её наз. обменной M.,
поскольку она обусловлена изменением обменного взаимодействия и обычно велика
вблизи Кюри точки. Здесь её зависимость от H может быть рассчитана
по феноменологич. ф-лам, вытекающим из термодинамич. теории фазовых переходов
или теории молекулярного 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 полем H существующих 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 поля H (или
вектора M8) на противоположное.
Рис. 1. Зависимость продольной магнитоетрикции
(D//Z) от напряжённости магнитного поля H (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 полях H > 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 полях H они 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, TbFe2 и DyFe2,
феррита-граната Tb3Fe5O12 и 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, U3 P4) и др. актинидов.
Микроскопич. природа огромной M. редкоземельных и актинидных магнетиков связана
с сильным взаимодействием пространственно-анизотропного облака f-электронов
атомов с впутрикристаллич. полем.
Исследование M., особенно в области техн. намагничивания,
помогает в изысканиях новых магнитных материалов. 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 Af8
домена), 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 и магнитным 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.
К. П. Белов
Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.
В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.
Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
![]() |