ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Магнитострикционный эффект и его использование для получения ультразвука из "Простые опыты с ультразвуком " Упругие волны —звук —принято делить на ик-фразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 1000 МГц и гипер-звуковые, частота которых превышает 1000 Мгц ). Несмотря на то, что слышимый звук и ультразвук — это волны одной природы, для получения ультразвука заметной интенсивности необходимо применять специальные излучатели. Два типа излучателей — пьезоэлектрические и магнитострикционные—пользуются наибольшей популярностью в науке и технике. Поскольку магнитострикционные излучатели значительно более доступны, чем пьезоэлектрические, мы в дальнейшем и рекомендуем изготовление именно этого типа излучателей. [c.7] Прежде чем перейти к описанию простых приборов для получения ультразвука, кратко перечислим основные его характеристики. [c.7] Чаще всего интенсивность ультразвука измеряется в Вт/см . [c.9] Произведение рс, входящее в формулу (И), получило название акустического сопротивления среды. [c.9] С другими величинами, характеризующими ультразвук, мы будем знакомиться по мере возникающей в этом необходимости. [c.10] Формулы (3) — (6) и (12) даны без вывода. Конечно, можно было бы привести элементарный вывод этих формул. Однако он громоздок и вряд ли достаточно убедительно разъяснит существо дела. Рано или поздно вы познакомитесь с основными идеями и техникой дифференциального и интегрального исчисления. Тогда выводы подобных формул будут вам представляться очевидными. [c.10] 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. [c.11] Зависимость линейной деформации некоторых материалов от напряженности магнитного поля графически показана на рис. 2. Из графиков видно, что наиболее сильно и самым простым образом магнито-стрикциониый эффект проявляется у никеля. Более сложна зависимость деформации от напряженности магнитного поля у железа и литого кобальта. [c.11] к наблюдению обратного магнитострикционного эффекта 7— деревянная палочка, которой пронз-Еодится удар. 2—ферритовый стержень с обмоткой. [c.11] Железный стержень, например, в слабом магнитном поле удлиняется (положительная магнитострикция), а в сильном — укорачивается (отрицательная магнитострикция). [c.12] 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). [c.12] Обратный магпито-стрикционный эффект применяют в приемниках ультразвука, которые устроены точно так же, как излучатели. Собственно, для постановки описанного выше опыта вы уже использовали простейшую модель магнито-стрикционного приемника. [c.12] 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. [c.12] Графики зависи1 юсти де-формации стержней из никеля, железа и литого кобальта от напряженности магнитного поля, направленного по оси этих стержней. [c.12] Никелевый стержень длиной /о, внесенный в постоянное магнитное поле напряженностью Яо, короче, чем в отсутствие поля на величину Д/о (см. рис. 4, а). Поместим никелевый стержень в переменное магнитное поле, напряженность которого Я 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 маг-нитного поля. [c.13] Чтобы избежать этого часто нежелательного явления, на переменное магнитное поле Я дополнительно накладывают постоянное, напряженность которого Яо имеет вполне определенную величину. В этом случае под 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. 4,6). При этом частота колебаний стержня будет совпадать с частотой вызывающего эти колебания переменного магнитного поля, а амплитуда колебаний возрастет практически вдвое. [c.13] Наложение на переменное магнитное поле постоянного называется подмагничиванием или поляризацией стержня, а сам стержень, совершающий ультразвуковые колебания, принято называть вибратором. [c.13] Ферромагнитный стержень 1 окружен обмоткой возбуждения 2, по которой проходит переменный ток от электронного генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты (УЗГ —ультразвуковой генератор). [c.13] Графики, поясняющие физическую сущность поляризации магнитострикционного вибратора. [c.14] Вернуться к основной статье