Magnetostriktion - Definition
Magnetostriktion - Definition
Magnetostriktion ist ein physikalisches Phänomen, bei dem sich die linearen Abmessungen oder das Volumen eines ferromagnetischen Materials unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes ändern. Dieser Effekt ist auf Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Momenten der Domänen innerhalb des Materials und seiner Kristallstruktur zurückzuführen, die zu einer mechanischen Verformung führen, wenn die magnetische Ausrichtung umgestaltet wird.
Der Mechanismus der Magnetostriktion hängt mit der mikroskopischen Energetik der magnetischen Domänen zusammen - den Bereichen, in denen die magnetischen Momente geordnet sind. Unter dem Einfluss eines angelegten Magnetfeldes kommt es zu einer Änderung der Ausrichtung dieser Momente, die eine innere Spannung verursacht und zu einer makroskopischen Längenänderung der Probe führt. Diese Änderung kann positiv oder negativ sein, je nach Art des Materials und der Richtung des Magnetfelds.
Besonders ausgeprägt ist dieses Phänomen bei bestimmten Eisen-, Nickel- und Kobaltlegierungen sowie bei speziell formulierten Werkstoffen wie Terfenol-D, die eine hohe Effizienz bei der Umwandlung magnetischer Energie in mechanische Energie aufweisen. Magnetostriktion wird in Ultraschallwandlern, Kraft- und Wegsensoren, Präzisionsaktuatoren und Geräten, die hochfrequente Schwingungen erzeugen, eingesetzt.
Der umgekehrte Effekt, der so genannte Villari-Effekt, ist eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften eines Materials durch mechanische Beanspruchung, die ebenfalls in der Sensortechnik eingesetzt wird. In Automatisierungssystemen und Mechatronik ermöglicht das Phänomen der Magnetostriktion eine berührungslose Positionsmessung und den Bau von Aktoren, die mit hoher Geschwindigkeit und Präzision reagieren.
In der technischen Analyse wird die Magnetostriktion auch als unerwünschtes Phänomen berücksichtigt, insbesondere in Transformatorenkernen, wo zyklische Verformungen zu Geräuschemissionen, dem so genannten magnetostriktiven Rauschen, führen können. Bei der Entwicklung elektromagnetischer Geräte ist es das Ziel, diese Effekte durch eine geeignete Materialauswahl und Konstruktionsgeometrie zu minimieren.
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