Магнитострикция.

Под действием магнитного поля в магнетиках домены переходят от хаотической ориентации к упорядоченной, что влечет за собой деформацию кристаллической решетки, изменение размеров образца - прямой эффект магнитострикции. При снятии магнитного поля первоначальная структура восстанавливается, т.к. она энергетически выгодна при существующей температуре.

Рис. Ориентирование доменов магнетиков в магнитном поле - прямой эффект магнитострикции.

Коэффициент магнитострикции: а_м = D L / L, может быть положительным и отрицательным. Изменение для большинства материалов незначительно: порядка 0,003 %. Однако в 1961 г. у редкоземельных металлов тербия Tb, диспрозия Dy и некоторых их сплавов был открыт эффект гигантской магнитострикции, величина которого больше на два порядка: 0,5 % для сплава TbDyZn. Это позволило создать малоразмерные прецизионные магнитострикционные приводы, высокочувствительные магнитострикционные механизмы микроперемещений и нажимных устройств, принципиально новые генераторы мощного звука и ультразвука, сверхчувствительные приемники звука. Были улучшены характеристики линий задержки звуковых и электрических сигналов, а также других устройств для радиотехники и электросвязи..

Материал	Феррит	Сплав Ni	Сплав Pt - Fe	Сплав TbDyZn
Коэффициент aм	- 10-3	- 30 10-6	10-4	5 10-3

Магнитострикция используется для создания низкочастотных акустических вибраторов. В резонансных системах длиною L должно выполняться соотношение

L = l / 2 = V_зв / 2 f_раб ,

где Vзв - скорость звука в материале преобразователя, а f_раб - рабочая частота, при которой максимально используется магнитострикционный эффект. По величине f_раб подбираются размеры преобразователя. Наноструктуры позволяют создать высокочастотные акустические колебания.

Обратный магнитострикционный эффект имеет место при деформации сердечника, на который наложена обмотка токопровода. При этом меняются магнитные свойства материала сердечника и, следовательно, сила тока в проводе. Это используется для датчиков давления.

Рис. Изменение вектора напряженности магнитного поля под действием деформации - обратный эффект магнитострикции.

Эффект Холла.

Если в металлах и полупроводниках протекает ток в продольном направлении, то при внесении их в магнитное поле на поперечных гранях образца появляется ЭДС Холла Vx.

В отсутствие магнитного поля (В = 0) эквипотенциальные поверхности располагаются перпендикулярно направлению электрического поля. Разности потенциалов между гранями С и D нет. В магнитном поле на заряд, движущийся со скоростью Vдр действует сила Лоренца F_L, отклоняющая его в поперечном направлении (по правилу “буравчика”): F_L = q [V_др B ].

В

j

C F_L D

d

Vx ( Ex )

Рис. Схема эффекта Холла.

Под действием силы F_L основные носители заряда (и электроны и дырки) отклоняются в одну сторону. Грани С и D заряжаются противоположно: в

р- полупроводнике грань С - “-” , а грань D - “+”, а в

n- полупроводнике - наоборот, грань С - “+”, а грань D - “-”.

В результате разделения зарядов возникает электрическое поле Ех (холловское поле) с разностью потенциалов Vх .

Возникшее поле Ех действует на заряды с силой

F_Е = q E_x ,

направленной против силы F_L . Накопление зарядов будет происходить до тех пор, пока не возникнет динамическое равновесие:

F_Е = F_L , q Ex = q V_др B.

После удаления магнитного поля исчезает сила Лоренца, а скопления зарядов рассасываются под действием электростатического поля.

Поскольку Е_х = V_др / d, а V_др = j / ( q N ), где j - плотность тока, а N - концентрация носителей заряда то ЭДС Холла будет

V_х = j d B / ( q N ).

Эффекта Холла используется для:

- (j) измерения плотности тока,

- (В) измерения напряженности магнитного поля в пределах, в которых сохраняется прямая пропорциональная зависимость, миниатюрными датчиками можно измерять пространственное распределение магнитного поля. Ввиду малой инерционности (малого времени релаксации) могут измеряться высокочастотные магнитные поля.

- (N) измерения концентрации носителей заряда, а также их знака по знаку ЭДС Холла,

- обнаружения ЦМД: при наличии ЦМД возникает ЭДС Холла определенного знака,

- охранной сигнализации,

- датчиков частоты вращения вала: на вал устанавливается зубчатое колесо между неподвижным магнитом и элементом Холла. Чем быстрее вращается вал, тем больше импульсов Vх .