Эффект Баркгаузена - это название шума на выходе магнитного поля ферромагнетика при изменении приложенной к нему силы намагничивания. Обнаруженный немецким физиком Генрихом Баркхаузеном в 1919 году, он вызван быстрыми изменениями размера магнитных доменов (аналогично магнитно ориентированных атомов в ферромагнитных материалах).
Работа Баркгаузена в области акустики и магнетизма привела к открытию, которое стало основным экспериментальным свидетельством в поддержку доменной теории ферромагнетизма, предложенной в 1906 году Пьером-Эрнестом Вайсом . Эффект Баркгаузена представляет собой серию внезапных изменений размера и ориентации ферромагнитных доменов или микроскопических кластеров выровненных атомных магнитов ( спинов ), происходящих во время непрерывного процесса намагничивания.или размагничивание. Эффект Баркгаузена явился прямым доказательством существования ферромагнитных доменов, что ранее предполагалось теоретически. Генрих Баркгаузен обнаружил, что медленное, плавное увеличение магнитного поля, приложенного к ферромагнитному материалу, например железу, заставляет его намагничиваться не непрерывно, а с небольшими шагами.
Шум Баркгаузена [ править ]
Когда внешнее намагничивающее поле через кусок ферромагнитного материала изменяется, например, перемещая магнит к железному стержню или от него , намагниченность материала изменяется в виде серии скачкообразных изменений, вызывая "скачки" магнитного потока через железо. Их можно обнаружить, намотав катушку провода вокруг шины, прикрепленной к усилителю и громкоговорителю. Внезапные изменения намагниченности материала вызывают в катушке импульсы тока, которые при усилении создают звук в громкоговорителе . Это издает потрескивающий звук, который сравнивают с разворачиваемыми конфетами, Rice Krispies, или звук пожара. Этот звук, впервые обнаруженный немецким физиком Генрихом Баркгаузеном , называется шумом Баркгаузена . Подобные эффекты можно наблюдать, прикладывая только механические напряжения (например, изгиб) к материалу, помещенному в катушку обнаружения.
Эти скачки намагниченности вызваны дискретными изменениями размера или вращением ферромагнитных доменов. Домены изменяют размер из-за того, что доменные стенки перемещаются внутри кристаллической решетки в ответ на изменения магнитного поля, за счет процесса изменения спина диполей вблизи стенки для выравнивания со спинами в соседнем домене. В идеальной кристаллической решетке это может быть непрерывный процесс, но в реальных кристаллах локальные дефекты в решетке, такие как примесные атомы или дислокации в структуре, образуют временные барьеры для изменения спина, заставляя доменную стенку зависать на дефект. Когда изменение магнитного поля становится достаточно сильным, чтобы преодолеть локальный энергетический барьер на дефекте, это приводит к тому, что группа атомов сразу меняет спин, так как доменная стенка «проскакивает» мимо дефекта.Это внезапное изменение намагниченности вызывает кратковременное изменение магнитного потока через стержень, которое улавливается катушкой как "щелчок" в наушнике.
Потери энергии из-за движения доменных стенок через эти дефекты являются причиной гистерезисной кривой ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой часто имеют больше этих дефектов, поэтому они производят больше шума Баркгаузена для данного изменения магнитного потока, в то время как материалы с низкой коэрцитивной силой, такие как пластины трансформатора из кремнистой стали, обрабатываются для устранения дефектов, поэтому они производят мало шума Баркгаузена. .
Практическое использование [ править ]
Количество шума Баркгаузена для данного материала связано с количеством примесей, кристаллических дислокаций и т. Д. И может быть хорошим показателем механических свойств такого материала. Следовательно, шум Баркгаузена можно использовать в качестве метода неразрушающей оценки ухудшения механических свойств в магнитных материалах, подверженных циклическим механическим напряжениям (например, при транспортировке по трубопроводам ) или частицам высокой энергии (например, ядерный реактор ) или материалам, таким как высокопрочные стали, которые могут повреждаться при шлифовании. Принципиальная схема простой неразрушающей установки для этой цели показана справа.
Шум Баркгаузена также может указывать на физическое повреждение тонкопленочной структуры из-за различных процессов нанопроизводства, таких как реактивное ионное травление или использование ионного фрезерного станка . [1]
Ссылки [ править ]
- ^ Фукумото, Ёсиюки; Камидзё (февраль 2002 г.). «Влияние глубины фрезерования рисунка перехода на магнитные свойства и выход в магнитных туннельных переходах». Jpn. J. Appl. Phys . 41 : L183 – L185. Bibcode : 2002JaJAP..41L.183F . DOI : 10.1143 / jjap.41.l183 .
Внешние ссылки [ править ]
- Эффект Баркгаузена Видео, демонстрирующее эффект
- Мониторинг дефектов при шлифовании и термообработке по Баркгаузену
- [1] Что такое шум Баркгаузена
