Zjawisko Barkhausena
Zjawisko Barkhausena – skokowe zmiany namagnesowania ferromagnetyków pod wpływem ciągłej zmiany natężenia zewnętrznego pola magnetycznego (lub innych warunków zewnętrznych)[1]. Jest ono wynikiem skokowego przesuwania się granic domen magnetycznych, tzw. ścianek Blocha, ustawiających się w kierunku zewnętrznego pola magnesującego[2][3]. Zjawisko to zostało odkryte w 1919 r. przez niemieckiego fizyka Heinricha Barkhausena[3], który tym samym dostarczył dowodu słuszności domenowego mechanizmu magnetyzacji ferromagnetyków.
Wyjaśnienie fizyczne[edytuj | edytuj kod]
Wewnątrz ferromagnetyka istnieją niejednorodności struktury krystalicznej (defekty składu fizyko-chemicznego, naprężenia szczątkowe, naruszenia spoistości, dyslokacje itp.), które utrudniają przemieszczanie się ścianek Blocha i obroty domen pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola[4]. Do przezwyciężenia tego oporu potrzeba domenom dostarczyć odpowiedniej ilości energii, pochodzącej ze wzrastającego natężenia zewnętrznego pola magnetycznego[5]. Po jej uzyskaniu ścianki przełamują opór, co przejawia się jako gwałtowna zmiana lokalnego stanu namagnesowania materiału – są to skoki Barkhausena, nazywane również szumem Barkhausena.
Istnieje odmiana włókien amorficznych, których wnętrze (z uwagi na wymiary i sposób wytwarzania) posiada jednodomenową strukturę magnetyczną. W materiałach takich występuje pojedynczy skok Barkhausena (w przeciwieństwie do krzywej magnesowania pokazanej na rysunku obok).
Dodatkowe informacje[edytuj | edytuj kod]
Szum Barkhausena można obserwować za pomocą czułego oscyloskopu lub nawet usłyszeć, np. poprzez umieszczenie ferromagnetyka w cewce, podłączonej przez układ wzmacniaczy i filtrów do głośnika. Zbliżając powoli do cewki trwały magnes, lub też nawet wywołując w próbce naprężenia mechaniczne, można usłyszeć charakterystyczne trzaski bądź też szum.
Wykorzystanie zjawiska Barkhausena[edytuj | edytuj kod]
Występowanie zjawiska Barkhausena w materiałach jest silnie uzależnione od liczby defektów generujących poszczególne skoki. Jeśli dany metal poddany jest zewnętrznym cyklicznym naprężeniom mechanicznym (np. w rurociągach) lub też wystawiony jest na działanie wysokoenergetycznych cząstek mogących powodować zmiany chemiczne i dyslokacje sieci krystalicznej (np. w reaktorach jądrowych), to wówczas następuje wzrost natężenia zjawiska Barkhausena. Można to stosunkowo łatwo wykryć porównując stan materiału wzorcowego ze stanem badanej próbki. Dlatego też zjawisko to wykorzystuje się m.in. do nieniszczącego badania ferromagnetycznych metali[6].
Nieniszczące badanie przy wykorzystaniu zjawiska Barkhausena polega na lokalnym magnesowaniu badanego materiału i jednoczesnym pomiarze napięcia zaindukowanego w odpowiednio umieszczonym czujniku indukcyjnym. Zaindukowane napięcie zawiera szum Barkhausena, którego amplituda jest bezpośrednio powiązana z degradacją własności mechanicznych.
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ Barkhausena zjawisko, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2022-12-03].
- ↑ Tomasz Garstka, System pomiarowy do badań właściwości wyrobów stalowych z wykorzystaniem zjawiska Barkhausena, „Pomiary Automatyka Robotyka”, 6, 2008, s. 58-61.
- ↑ a b N.G. Prabhu Gaunkar i inni, Examining the Correlation Between Microstructure and Barkhausen Noise Activity for Ferromagnetic Materials, „IEEE Transactions on Magnetics”, 51 (11), 2015, s. 1-4, DOI: 10.1109/TMAG.2015.2447833, ISSN 0018-9464.
- ↑ F. Qiu, Statistical Properties of Barkhausen Noise with 180° Domain Wall for Stress Characterization, „2017 Far East NDT New Technology & Application Forum (FENDT)”, Xi'an 2017, s. 241-245, DOI: 10.1109/FENDT.2017.8584567 [dostęp 2020-08-02].
- ↑ E.F. Monlevade i inni, Magnetic Barkhausen Noise in Quenched Carburized Nickel-Steels, „IEEE Transactions on Magnetics”, 48 (4), 2012, s. 1465-1468, DOI: 10.1109/TMAG.2011.2173666.
- ↑ B. Augustyniak i inni, Barkhausen Noise Properties Measured by Different Methods for Deformed Armco Samples, „IEEE Transactions on Magnetics”, 46 (2), 2010, s. 544-547, DOI: 10.1109/TMAG.2009.2033340.