Видемана эффект

Ви́демана эффе́кт — возникновение деформации кручения в ферромагнитном стержне, по которому течёт электрический ток, во внешнем продольном магнитном поле.

Физические основы

Файл:Эффект Видемана.jpg

Эффект Видемана. Взято из книги Jouaust R. The Wiedemann Effect. L'Eclairage Electrique

Открыт Густавом Видеманом в 1858 г. Существуют две разновидности эффекта Видемана — прямой и обратный.

В прямом эффекте Видемана ферромагнитный стержень подключают к источнику тока и помещают в соленоид, по которому пропускают электрический ток. В качестве ферромагнитного стержня часто используют металлическую проволоку (в опыте Видемана длина проволоки составляла 55 см. Она располагалась вертикально, внизу жёстко прикреплялась к свинцовому цилиндру, погружённому в ртуть для создания замкнутой электрической цепи. Над ртутью находилась смесь воды и глицерина, в которой находился приклеенный к цилиндру кусок картона для гашения колебаний. К оси стержня жёстко крепилось зеркало, на которое направлялся луч света. При повороте стержня отражённый луч смещался вдоль специальной шкалы, расположенной на расстоянии 1 м, что позволяло довольно точно измерять угол закручивания ферромагнитного стержня.

Считая, что угол закручивания $\alpha$ не зависит от формы поперечного сечения (круг), можно получить зависимость плотности тока от магнитоупругих свойств стержня:

$\alpha =J{\frac {h_{me}}{2G}}$,

где $J$ — плотность тока, $h_{me}$ — магнитоупругий параметр, пропорциональный величине продольного магнитного поля и характерный для данного материала (ферромагнетика), $G$ — модуль упругости сдвига.

Ферромагнитный стержень одновременно намагничивается в осевом направлении и подвергается воздействию круговой составляющей магнитного поля соленоида. На любом расстоянии от оси цилиндра результирующее магнитное поле направлено под постоянным углом по отношению к оси стержня. Поэтому результирующее магнитное поле действует в направлении, образующем спираль вокруг оси образца. Изменение размеров за счёт магнитострикции вызывают скручивание свободного конца вокруг продольной оси. Направленность (хиральность) спирали магнитного поля определяется относительной ориентацией кругового и продольного компонент магнитного поля. Круговая составляющая магнитного поля обычно исходит от электрического тока, протекающего через стержень.

Существует и обратный эффект, иногда называемый эффектом Маттеуччи (появление круговой намагниченности, вызванной скручиванием стержня, помещённого в аксиальное магнитное поле). Как прямой, так и обратный эффекты Видемана используются в различных приложениях, например, для возбуждения волн вдоль стенок труб или для измерения напряжений и кручения на вращающихся осях. Применения прямого эффекта Видемана очень ограничены, поскольку этот эффект мал. Причина этого заключается в малом значении магнитоупругой связи из-за высокого значения модуля сдвига $G$ (≥10 ГПа) в обычных магнитострикционных материалах.

Литература

• Jouaust R. The Wiedemann Effect. L’Eclairage Electrique. — Paris. 1903. Vol. 34. PP.185-191.
• Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
• Mattis D. С. The theory of magnetism. — Berlin: Springer-Verlag, 1981.
• Хёрд К. М. Многообразие видов магнитного упорядочения в твёрдых телах. // Успехи физических наук, 1984, Т. 142, № 2, C. 331—355.
• Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.
• Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
• Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.

Ссылки

• The relation between the Wiedemann effect and the Joule magnetostriction effect

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Видемана эффект», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Видемана_эффект» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».