Magnetostriktion
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Magnetostriktion ist die Deformation ferromagnetischer Stoffe infolge eines angelegten magnetischen Feldes. Dabei erfährt der Körper bei konstantem Volumen eine elastische Längenänderung. Als Besonderheit, z. B. bei Invar-Legierungen, gibt es auch die Möglichkeit der Volumenmagnetostriktion bei der das Volumen veränderlich ist.
Quantenmechanische Ursache des Phänomens (wie auch der zugrundeliegenden magnetischen Anisotropie) ist die Spin-Bahn-Wechselwirkung.
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[Bearbeiten] Prinzip
Legt man an einen Ferromagneten ein äußeres magnetisches Feld an, so richten sich die Weissschen Bezirke gleich aus. Durch das Drehen der Dipole ändert sich die Länge eines Stabes im Bereich von ca. 10 bis 30 µm/m (hochmagnetostriktive Werkstoffe: bis 2 mm/m).[1] Durch ein magnetisches Wechselfeld wird ein Ferromagnet zu mechanischen Schwingungen angeregt.
Für induktive Bauteile sind magnetische Werkstoffe mit möglichst geringer Magnetostriktion wünschenswert, da sich einerseits die magnetischen Eigenschaften durch Druck oder Zug (z. B. durch Einspannen, Verkleben oder Vergießen von Kernen) verändern, oder auch das bekannte "Netzbrummen" (100 oder 120 Hz) durch den Betrieb von Transformatoren oder Drosseln an 50 Hz- oder 60 Hz-Netzspannung auftritt. Die bekannte weichmagnetische kristalline Legierung Permalloy, Fe(81)Ni(19), erfüllt die gewünschten Bedingungen. Noch besser sind amorphe Eisen-Legierungen.
[Bearbeiten] Anwendungen und Begriffe
Verwendet wurde diese Eigenschaft z. B. schon früher, um Ultraschall zu erzeugen. Dabei wird ein Stab aus Material mit hoher Magnetostriktion (z. B. Nickel) in einer Spule mit Wechselstrom ummagnetisiert.
Volumenmagnetostriktion ist die Volumenänderung bei gleicher Gestalt.
Joule-Magnetostriktion ist die Gestaltsänderung bei gleichem Volumen. Sie ist normalerweise viel größer als die Volumenmagnetostriktion.
Ein linearer Aktor der mit Magnetostriktion arbeitet ist der Wurmmotor. Magnetblasenspeicher nutzen Magnetostriktion zur Datenspeicherung.
Inverse Magnetostriktion ist die Änderung der Magnetisierung durch mechanische Spannungen.
Es gibt magnetoelastische Sensoren, welche den inversen Effekt beispielsweise für die Messung von Zug-, Druckkraft sowie Torsion nutzen.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Literatur
- William Fuller Brown, Jr.: Magnetoelastic Interactions, Berlin u.s.w., Springer (1966)
[Bearbeiten] Quellen
- ↑ H. Janocha: Aktoren, Springer Verlag, Berlin 2006, ISBN 3-540-54707-X
