Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
мапштострикционного эффекта
о ферритовый стержень на короткий промежуток времени изменилось
пронизывающее обмотку магнитное полб, и, поскольку сам стержень был
ненамагничен, нужно заключить, что при ударе вокруг стержня возникало
магнитное поле.
Явление, которое вы наблюдали на опыте,- появление магнитного поля при
деформации ферромагнетика - называется обратным магнитострикционным
эффектом. Прямой магнитострикционный эффект - изменение размеров
(деформация) ферромагнетика при изменении окружающего магнитного поля -
был впервые обнаружен английским ученым Джоулем еще в 1847 году.
Зависимость линейной деформации некоторых материалов от напряженности
магнитного поля графически показана на рис. 2. Из графиков видно, что
наиболее сильно и самым простым образом магнитострикционный эффект
проявляется у никеля. Более сложна зависимость деформации от
напряженности магнитного поля у железа и литого кобальта.
обмотки стержня мог ла возникнуть только 1
за счет прохождения по обмотке тока. Но ток в обмотке может
вающее ее витки. Следовательно, при ударе
1-деревянная палочка, которой производится удар, 2-ферритовый стержень с
обмоткой.
п
Железный стержень, например, в слабом магнитном поле удлиняется
(положительная магнитострикция), а в сильном - укорачивается
(отрицательная магнитострикция).
Прямой магнитострикционный эффект широко используется для получения
ультразвука: если по обмотке возбуждения, вдоль оси которой расположен
ферромагнитный стержень, пропускать переменный ток достаточно высокой
частоты, то стержень будет периодически изменять свои размеры и его
колеблющиеся концы смогут возбудить в окружающей среде упругую
ультразвуковую волну (рис. 3).
Обратный магнитострикционный эффект применяют в приемниках ультразвука,
которые устроены точно так же, как излучатели. Собственно, для постановки
описанного выше опыта вы уже использовали простейшую модель магнито-
стрикциоиного приемника.
Существенной особенностью магнитострикционного эффекта является, как
принято говорить, его четность, т. е. независимость эффекта от
направления магнитного поля. Если помещенный в продольное магнитное поле
никелевый стержень становится короче, чем в отсутствие поля, то при
изменении направления магнитного поля на противоположное стержень так и
остается укороченным, а не удлиняется. Поэтому концы ферромагнитного
стержня, расположенного в обмотке возбуждения, по которой проходит
переменный ток (см. рис. 3), колеблются с частотой, в два раза
превышающей частоту переменного тока. Чтобы подробнее рассмотреть эту
особенность, обратимся к рис, 4,
12
Ряс. 2. Графики зависимости де-формации стержней из иикеля. железа и
литого кобальта от напряженности магнитного поля, направленного по оси
этих стержней.
Никелевый стержень длиной /о, внесенный в постоянное магнитное поле
напряженностью Но, короче, чем в отсутствие поля на величину Д/о (см.
рис. 4,с). Поместим никелевый стержень в переменное магнитное поле,
напряженность которого Н меняется по синусоидальному закону. В этом
случае стержень будет укорачиваться всякий раз, когда напряженность
магнитного поля - независимо от его направления - станет отлична от нуля
(см. рис. 4,6). Таким образом, размеры стержня будут колебаться с
удвоенной частотой по сравнению с частотой переменного магнитного поля.
Чтобы избежать эгого часто нежелательного явления, на переменное
магнитное поле Н дополнительно накладывают постоянное, напряженность
которого Н0 имеет вполне определенную величину. В этом случае лсд
действием постоянного поля никелевый стержень все время короче, чем в
своем естественном состоянии, а наличие переменного поля приводит к тому,
что стержень станет изменять свои размеры синфазно с изменением этого
поля: при увеличении напряженности магнитного поля стержень будет
укорачиваться, а при уменьшении- удлиняться (см. рис. 4,в). При этом
частота колебаний стержня будет совпадать с частотой вызывающего эти
колебания переменного магнитного поля, а амплитуда колебаний возрастет
практически вдвое.
Наложение на переменное магнитное поле постоянного называется
подмагничиванием или поляризацией стержня, а сам стержень, совершающий
ультразвуковые колебания, принято называть вибратором.
Вибраторы промышленных магнитострикционных излучателей, как правило,
изготавливаются из никеля или специальных ферромагнитных сплавов. Сравни-
Ш
Рис. 3. Возбуждение ультразвуковых колебаний ыаг-иитострикционного
стержня.
Ферромагнитный стержень 1 окружен обмоткой возбуждения 2, по которой
проходит переменный ток от электронного генератора электрических
колебаний ультразвуковой частоты (УЗГ - ультразвуковой генератор).
13
телько недавно для вибраторов магнитострикционных излучателей стал
использоваться и феррит - ферромагнитный материал, сильно напоминающий по
своим свойствам и способу получения керамику. Феррит обладает
значительной магнитострикцией, близкой к магнитострикции никеля, и вместе
