MLS-1磁致伸缩演示仪

一、磁致伸缩现象

大家知道物质有热胀冷缩的现象，除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。另外有些物质（多数是金属氧化物）在电场作用下，其尺寸也伸长（或缩短），去掉外磁场后又恢复其原来的尺寸，这种现象称为电致伸缩现象。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（L_H—L₀）／L₀，L₀为原来的长度，L_H 为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。一般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用 ppm代表。例如金属镍（Ni）的λ约40ppm。

二、技术上的应用

由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）。换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。它在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。

三、实验原理

在各类磁介质中zui重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质，它们叫做铁磁质，在纯化学元素中，除铁以外，还有过渡族中其他元素，如镍、钴等都具有铁磁性，铁磁质的磁化特性可在M-H曲线中表示出来；在逐渐增加磁化场H情况下，当H增大到某一值后，磁化强度M就几乎不再变了，这时铁磁介质的磁化已趋近饱和，饱和时的磁化强度称普饱和磁化强度。

近代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩，在没有外磁场的条件下，铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内“自发地”排列起来，形成一个小的“自发磁化区”这种自发磁化区域叫做磁畴。（体积大约可估计到10^-6mm³）

通常在未磁化的铁磁质中，各磁畴内的自发磁化方各不相同，在宏观上不显示出磁性来。在外加磁场后将显示出宏观的磁性，此过程通常称为技术磁化。

铁磁质磁畴中磁化方向的改变会引起介质中晶格间距的改变，从而伴随着磁化过程，铁磁体会发生长度和体积的改变，这种现象叫磁致伸缩。

磁致伸缩可以是正值也可以是负值，例如镍的样品在磁化时缩小，称为负的磁致伸缩；钴钢的样品在磁化时增大，称为正的磁致伸缩。

磁致伸缩效应的值一般都非常小，例如镍棒磁化到饱和时只改变其本身长度的十万分之几。镍的Δ ，这里 是棒的原始长度， 是棒在磁化时的缩短量。