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La magnetostrizione è la proprietà dei materiali magnetici che li porta a cambiare forma in presenza di un campo magnetico. Le vibrazioni sotto forma di suono sono causate dalla frequenza delle fluttuazioni del campo. Questo fenomeno è parte della ragione per cui vibrazioni di 100 Hz o 120 Hz si trovano in macchine elettriche come motori e trasformatori.

È una proprietà dei materiali ferromagnetici cambiare forma in presenza di campi magnetici. La magnetostrizione inversa è usata per generare elettricità, l’applicazione della compressione cambia il flusso magnetico che secondo la legge di Faraday induce un campo elettrico.

L’effetto fu identificato dallo scienziato James Prescott Joule nel 1842 osservando il nichel puro

Spiegazione

Interamente, i materiali ferromagnetici hanno una struttura divisa in due domini, ognuno dei quali è una regione magneticamente polarizzata. Quando viene applicato un campo magnetico, i confini tra i domini cambiano e i domini ruotano, questi due effetti si riflettono nel cambiamento dimensionale del materiale. L’effetto reciproco è il cambiamento della suscettibilità (risposta a un campo magnetico) di un materiale quando è sottoposto a deformazione meccanica, è chiamato effetto Villari o effetto magnetostrittivo inverso. Altri due fenomeni sono strettamente legati alla magnetostrizione: l’Effetto Matteucci, che consiste nella creazione di un’anisotropia elicoidale della suscettibilità di un materiale magnetostrittivo quando è sottoposto a coppia, e l’Effetto Wiedemann, che si manifesta nella torsione di tali materiali quando viene loro applicato un campo magnetico elicoidale.

L’inversione di Villari è il cambiamento di segno della magnetostrizione del ferro da positivo a negativo quando viene esposto a campi magnetici di circa 40.000 A/m (500 Oersted).

Materiali magnetostrittivi

I materiali magnetostrittivi possono convertire l’energia magnetica in energia cinetica, o il contrario, e sono utilizzati nella costruzione di attuatori e sensori. La proprietà può essere quantificata dal coefficiente di magnetostrizione, L, che è la variazione frazionaria della lunghezza quando la magnetizzazione del materiale aumenta da zero al valore di saturazione. Questo effetto è responsabile del “ronzio” che si può sentire vicino a trasformatori e dispositivi elettrici ad alta potenza (a seconda del paese, questi possono essere 100 o 120 hertz, più le armoniche).

Il cobalto esibisce la più alta magnetostrizione a temperatura ambiente di tutti gli elementi puri, raggiungendo 60 parti per milione (cioè 6,0×10-5 m/m), tra le leghe, la più alta magnetostrizione conosciuta finora è esibita dal Terfenol-D (una lega di terbio, disprosio e ferro), che ha mostrato una magnetostrizione di 2000 parti per milione (0.002 m/m) in un campo di 160 kA/m a temperatura ambiente ed è il materiale più comunemente usato nelle applicazioni magnetostrittive.

Un altro materiale magnetostrittivo molto comune è la lega amorfa Fe81Si3.5B13.5C2, il cui nome commerciale è Metglas 2605SC, questo materiale ha la qualità di una elevata costante di saturazione magnetostrittiva, λ.

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