Barkhausenův efekt - Barkhausen effect

Výskyt stabilních oscilací ve smyčce pozitivní zpětné vazby viz Kritérium stability podle Barkhausena.
Replika původního Barkhausenova aparátu, skládající se ze železné tyče s drátěnou cívkou kolem ní (centrum) s cívkou připojenou přes vakuovou trubici zesilovač (vlevo, odjet) do sluchátek (nezobrazeno). Když magnet na podkovu (že jo) se otáčí, magnetické pole v žehličce se mění z jednoho směru do druhého a ve sluchátku je slyšet praskající Barkhausenův zvuk.
Křivka magnetizace (J) nebo hustoty toku (B) jako funkce intenzity magnetického pole (H) ve feromagnetickém materiálu. Vložka ukazuje skoky Barkhausena.
Původ Barkhausenova hluku: jako a zeď domény pohyby se zachytí při poruše v krystalová mříž, pak kolem něj „zaklapne“ a vytvoří náhlou změnu magnetického pole.

The Barkhausenův efekt je název pro šum v magnetickém výstupu a feromagnet když se změní magnetizační síla, která na něj působí. Objeven německým fyzikem Heinrich Barkhausen v roce 1919 je to způsobeno rychlými změnami velikosti magnetické domény (podobně magneticky orientované atomy ve feromagnetických materiálech).

Barkhausenova práce v akustika a magnetismus vedl k objevu, který se stal hlavním experimentálním důkazem podporujícím doména teorie feromagnetismu navržená v roce 1906 autorem Pierre-Ernest Weiss. Barkhausenův efekt je řada náhlých změn ve velikosti a orientaci feromagnetických domén nebo mikroskopických shluků vyrovnaných atomových magnetů (točí se ), ke kterému dochází během nepřetržitého procesu magnetizace nebo demagnetizace. Barkhausenův efekt nabídl přímé důkazy o existenci feromagnetických domén, které byly dříve teoreticky postulovány. Heinrich Barkhausen zjistil, že pomalý a plynulý nárůst magnetického pole aplikovaného na kus feromagnetického materiálu, jako je železo, způsobí, že se magnetizuje, a to ne nepřetržitě, ale v minutových krocích.

Barkhausenův hluk

Když externí magnetizační pole prochází kusem feromagnetický materiál se mění, například pohybem a magnet směrem k nebo od žehlička bar, magnetizace materiálu se mění v sérii diskontinuálních změn, což způsobuje „skoky“ magnetického toku železem. Ty lze detekovat navinutím cívky drátu kolem tyče, připojené k zesilovači a reproduktoru. Náhlé přechody v magnetizaci materiálu produkují v cívce proudové impulsy, které při zesílení produkují zvuk v reproduktor. To vydává praskavý zvuk, který byl přirovnáván k rozbalení cukrovinek, Rice Krispies nebo zvuk požáru dřeva. Tento zvuk, poprvé objevený německým fyzikem Heinrich Barkhausen, je nazýván Barkhausenův hluk. Podobné účinky lze pozorovat pouze působením mechanických napětí (např. Ohybem) na materiál umístěný v detekční cívce.

Tyto magnetizační skoky jsou způsobeny diskrétními změnami ve velikosti nebo rotaci feromagnetických domén. Domény mění velikost tím, že se stěny domény pohybují uvnitř krystalové mřížky v reakci na změny v magnetickém poli, a to procesem dipólů v blízkosti stěny, které mění spin, aby se vyrovnalo s rotacemi v sousední doméně. V dokonalé krystalové mřížce to může být kontinuální proces, ale ve skutečných krystalech lokální defekty v mřížce, jako jsou atomy nečistot nebo dislokace ve struktuře, tvoří dočasné bariéry pro změnu rotace, což způsobí zavěšení stěny domény závada. Když se změna magnetického pole stane dostatečně silnou, aby překonala lokální energetickou bariéru v defektu, způsobí to, že skupina atomů otočí svůj spin najednou, protože doménová stěna „zaklapne“ kolem defektu. Tato náhlá změna magnetizace způsobí přechodnou změnu magnetického toku přes tyč, kterou cívka zachytí jako „cvaknutí“ ve sluchátku.

Ztráta energie v důsledku pohybu doménových stěn těmito defekty je zodpovědná za hystereze křivka feromagnetických materiálů. Feromagnetické materiály s vysokou koercitivita často mají více těchto defektů, takže produkují více Barkhausenova šumu pro danou změnu magnetického toku, zatímco materiály s nízkou koercitivitou, jako jsou laminovací desky z křemíkové oceli, jsou zpracovávány tak, aby eliminovaly defekty, takže produkují malý Barkhausenův šum.

Praktické použití

Zařízení pro nedestruktivní testování feromagnetických materiálů: zelená - magnetizující jho, červená - indukční senzor, šedá - zkoušený vzorek.

Množství Barkhausenova šumu pro daný materiál souvisí s množstvím nečistot, krystalu dislokace atd. a může být dobrým ukazatelem mechanické vlastnosti takového materiálu. Proto lze Barkhausenův šum použít jako metodu nedestruktivní hodnocení degradace mechanických vlastností magnetických materiálů vystavených cyklickému mechanickému namáhání (např potrubní doprava ) nebo vysokoenergetické částice (např. nukleární reaktor ) nebo materiály, jako jsou vysoce pevné oceli, které mohou být při broušení poškozeny. Vpravo je schematický diagram jednoduchého nedestruktivního nastavení pro tento účel.

Barkhausenův hluk může také indikovat fyzické poškození v a tenký film struktura kvůli různým nanofabrikace procesy jako leptání reaktivních iontů nebo pomocí iontová fréza.[1]

Reference

  1. ^ Fukumoto, Yoshiyuki; Kamijo (únor 2002). "Vliv hloubky frézování vzoru spoje na magnetické vlastnosti a výnosy v uzlech magnetického tunelu". Jpn. J. Appl. Phys. 41: L183 – L185. Bibcode:2002JaJAP..41L.183F. doi:10.1143 / jjap.41.l183.

externí odkazy