15
186 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 27'. 1936 Der Einflup e last4scher Verspamzungelz auf die Wechs e Zstromm agn etisierun gslczcr ve *) Von Ham a Lit t m a n9m (Nit 19 Figuren) Nacli der Beckersclieu Theoriel) nelimen die stets bis zur Sattigung J, magnetisierten Weiss-heisenberg sellen Elementar- bezirke in eineni elastiscli deformierten Ferromagnetikum bestimmte Gleichgewichtslagen an, die durch das iuBere Feld, die Art der Deformation (Zugspaanung, Torsion) und durch die Magnetostriktioii des Materials bestimmt sind. Ein ursprunglich infolge der regel- losen Lage der J, -Bezirke magnetisch isotroper Draht wird dadurch magnetisch aiiisotrop und muB infolgedessen fur verschiedene Rich- tungeii cles magnetisierenderi Feldes ein unterschiedliches Verhalten zeigen. Die Aufgabe der vorliegenden drbeit besteht darin, durch Ma- gnetisierung in zwei zueinander senkrechten Richtuugen einen tieferen Einblick in die magnetische Anisotropie ferromagnetischer Drahte zu gewinnen, als es mit der bisher allein untersucliten Liingsmagnetisierung moglich ist. Gleichzeitig sollte damit der Versuch unternommen werden, die Anwendbarkeit der Be c ker schen Theorie in niederfrequenten Wechselfeldern zu untersuchen. Re- sonderes Interesse beanspruchen dabei die irreversiblen Prozesse (Sprungprozesse bzw. Wandverschiebungen). Es wurde der EinfluB yon Gliihbehandlungen somie von Zug- und Torsionsbeanspruchungen auf die Zirkular- und Lingsmagueti- sierung an Nickel und Nickeleisendrlhten untersucht. MeBmethode Die p = f tH)-Kurven wurden nach einer Methode von M. Wien2) in einer U'echselstrombriiclre bei einer Frequenz von 50 Hz durch Messung cler Selbstiiiduktion aufgenommen. Eine ausfuhrlichere Schilderung der MeBanordnung befinclet sich bei M. Wien (a. a. (I.) und in der Toranstellenden Arbeit von IT. Schnabl. -41s Span- nungsqnelle diente das hinreichencl sinusfijrniige Lichtnetz, als Sull- instrument ein Vibratiousgalvanonieter. *) Gekiirzte Jenner Dissertatioii.

Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

186 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 27'. 1936

Der Einflup e last4scher Verspamzungelz auf die Wechs e Zstromm agn etisierun gslczcr ve *)

Von Ham a Lit t m a n9m

(Nit 19 Figuren)

Nacli der Beckersclieu Theoriel) nelimen die stets bis zur Sattigung J , magnetisierten Weiss-heisenberg sellen Elementar- bezirke in eineni elastiscli deformierten Ferromagnetikum bestimmte Gleichgewichtslagen an, die durch das iuBere Feld, die Art der Deformation (Zugspaanung, Torsion) und durch die Magnetostriktioii des Materials bestimmt sind. Ein ursprunglich infolge der regel- losen Lage der J , -Bezirke magnetisch isotroper Draht wird dadurch magnetisch aiiisotrop und muB infolgedessen fur verschiedene Rich- tungeii cles magnetisierenderi Feldes ein unterschiedliches Verhalten zeigen.

Die Aufgabe der vorliegenden drbeit besteht darin, durch Ma- gnetisierung in zwei zueinander senkrechten Richtuugen einen tieferen Einblick in die magnetische Anisotropie ferromagnetischer Drahte zu gewinnen, als es mit der bisher allein untersucliten Liingsmagnetisierung moglich ist. Gleichzeitig sollte damit der Versuch unternommen werden, die Anwendbarkeit der Be c k e r schen Theorie in niederfrequenten Wechselfeldern zu untersuchen. Re- sonderes Interesse beanspruchen dabei die irreversiblen Prozesse (Sprungprozesse bzw. Wandverschiebungen).

Es wurde der EinfluB yon Gliihbehandlungen somie von Zug- und Torsionsbeanspruchungen auf die Zirkular- und Lingsmagueti- sierung an Nickel und Nickeleisendrlhten untersucht.

MeBmethode

Die p = f tH)-Kurven wurden nach einer Methode von M. Wien2) in einer U'echselstrombriiclre bei einer Frequenz von 50 Hz durch Messung cler Selbstiiiduktion aufgenommen. Eine ausfuhrlichere Schilderung der MeBanordnung befinclet sich bei M. W i e n (a. a. (I.) und in der Toranstellenden Arbeit von IT. Schnabl . -41s Span- nungsqnelle diente das hinreichencl sinusfijrniige Lichtnetz, als Sull- instrument ein Vibratiousgalvanonieter.

*) Gekiirzte Jenner Dissertatioii.

Page 2: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H . Littmann. Der Einflup elastischer Verspai~iiungen uszc. 187

Die Permeabilitat bei Lanasniagrnetisierung wird aus der TOY und nach Einfiihren des ferrom:tgnetischen Kernes geniessenen Selbstinduktion einer Spule berechnet.

q = mittlerer ~'indungscluerschnitt. qf = Iiernquerschnitt). Die Per- meabilitiit bei Zirkularmagnetisierung ergibt sich aus cler Selbst- nduktion der stromdurchflossenen Drahtschleife zu:

Lf = Selbstinduktion der ferromagnetischen Drahtschleife, LCu = Selbfitinduktion einer gleichgefornlten Kupferschleife. 2 = Drahtltinge.

Sowohl p L als auch ,uz niiissen durch Division niit cos q kowi- Tiert werden, wobei y den Phasenwinkel zwischen Feld uncl Ma- Tnetisierung darstellt.

A R 07;

A R wird dabei aus einer nachfolgenden C;leichstroniinessung

Eine Aufsicht der Zusapparatur zeigt Fig. 1.

tgq , = ~~ .

mnittelt.

Fig. 1

Die Drahtprobe befiudet sich in Form einer Schleife in eineni Steatitrohr und wird durch einen Stift D in ihrer Lage festgehalten. Die beiden freien Drahtenclen sind zu ltleinen Kugeln verschruolzen, lie in zwei entsprechend ausgebohrte Liicher der Messingklotze I< lassen. Die von diesen aus uber die Rollen R laufenden Uraht- ieile halten die Waagschalen mit den Zuggewichten. 'ilber den1 jteatitrohr befindet sich die Magnetisierungsspule M . Zur Messung ler Langsmagnetisierung wurde die Briicke mit deu Iileniineii a. m r Messuug der Zirkularinagnetisieruug mit 2, rerbunden. Heicle Magnetisieriingsrichtungen konnteu so unniittelbar hintereinander

Page 3: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

166 Annalen der Physilc. 5. Folge. Band 27. 1936

untersucht werden. Die Lange der Drahtschleife betrug 57 cm, der Drahtclurchmesser 2 mm. Fig. 2 zeigt die Torsionsapparatur.

M

Fig. 2

Die Drahtschleife besteht in diesem Falle aus einem Draht des zu messenden Materials F und einer Kupferriickleitung Cu.

Vergleich von LZings- und Zirkularmagnetisierung

In den nachfolgenden Figuren ist stets die Permeabilitat als Funktion der Maximalfeldstiirke H = 12 - Her. aufgetragen worden. Will man beide Magnetisierungsrichtungen miteinander vergleichen, so ist zu beriicksichtigen, daB die Lgngsmagnetisierung pL in einem homogenen, die Zirkularmagnetisierung pz hingegen in einem inho- mogenen Felcle stattfindet. I m letzteren Falle ist in den Kurven die Bandfeldstarke H aufgetragen. Die mittlere Feldstarke ist nur:

R I - H = fJHp d ?, im Inneren HP = 2. 3 R’

0

( p = dbstand von der Drahtachse). Da die Funktion p =f(H,) unbekannt ist, kann man eine

analoge Mittelung uber d@ie prWer te im allgemeinen nicht durch- fiihren. Der Mittelwert der Permeabilitat ist

R

Er allein wird bei den Messungen erfaBt. I n den Kurven ist somit ji = f (H) aufgetragen. Mit den Langsmagnetisierungskurven ist jedoch nur der Wert pp am Orte der Feldstarke H , vergleichbar, da im homogenen Lingsfeld

ist. f i = Pp=f(H) = fPJ

Page 4: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H . Littmann. Der Einjlup elastischer Verspannungen U S K . 185

Fur einen speziellen Fall ist eine Abschatzulig von p2 = f(H,) leicht durchfuhrbar. 1st namlich

dann ist: p p = PO+ & . H e ?

d e r :

i i = , U o + + ’ H ,

fi. h. ist ji = f ( H ) eine Gerade mit der Anfangspermeabilitat po und dem Richtungstangens €12, so ist die mit der Langsmagnetisierung vergleichbare Kurve eine Gerade mit dem gleichen Ordinaten- abschnitt und der doppelten Steilheit.

Auf jeden Fall mu8 die p9-Kurve steiler als die prKurve ver- laufen, da bei der zirkularen Magnetisierung die meisten Kraftlinien in der Nahe der Drahtoberflache verlaufen, und die inneren Gebiete nur wenig zur Induktion B und damit zum gemessenen ji beitragen.

Bei komplizierterer Gestalt der ,ii = f (H)-Kurven la& sich ein unmittelbarer Vergleich mit den pL- Kurven nicht immer durch- Fuhren. Deshalb ist bei allen Mehesultaten die Darstellung ,ii =f(H) beibehalten worden. In dieser Darstellung ist siclier pz > pL, wenn die gemesseiie pz-Kurve oberhalb der pt-Kurve verlauft. Liegt sie unter dieser, so 1aSt sicli eine genauere Aussage uber pz nur machen, wenn sie linearen Verlauf hat.

Einen Ausweg aus dieser Schwierigkeit hatte die Verwendung diinnwandiger Rohren an Stelle der Drahte geboten, doch wurde hierron abgesehen, da es bei den vorzunehmenden Messungen ohne- hin weniger auf einen unmittelbaren Vergleich beider Kurven an- kam als darauf, ihr Verhalten qualitativ im einzelnen gegeniiber den erwahnten Einfliissen zu untersuchen.

MeBergebnisse

1. Der Einf luB der Gl i ihbehandlung

Die Drahte wurden mit dem Steatitrohr - urn sie vor Defor- mationen zu schiitzen - in einem elektrischen Ofen im Stickstoff- strom 4-6 Std. lang bei Temperaturen zwischen 800-900° C ge- gluht, im Laufe weiterer 4-6 Std. auf etwa 2000 abgekiihlt und dann im ausgeschalteten Ofen bis zur Abkuhlung auf Zimmer- temperatur sich selbst uberlassen.

Da schon oft beobachtet worden ist, daB eine solche Gliih- behandlung eine Verlagerung der Langsmagnetisierungskurve zu

Page 5: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

190 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 27. 1936

hoheren B-Werten nach sich zieht, ein Vorgang, der auch nach einer grofleren Snzahl solcher Gliihprozesse noch stattfindet, sollte zunachst untersucht werden, ob dies die Folge einer durch den Gliih- oder Sbkiihlungsprozefi hervorgerufenen Anisotropie des

/ U

Fig. 3. 60°/,, Ni-Fe

Materials ist. Diese Frage war praktisch auch deshalb von Interesse, weil vor Beginn der Zug- und Torsionsmessungen die Drahte einer Gluhbehandlung unterzogen werden sollten, um ein moglichst homo- genes, von elastischen Eigenspannungen freies Material zu erhalten.

Den EinfluB vier solcher aufeinanderfolgender Gliihbehand- lungen auf einen 60 OIoigen Nickeleisendraht zeigen die Figg. 3 a-e.

Page 6: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H. Littmann. Der Eilzflu/j elastischer Verspannungen usw. 191

Bus den Kurven geht hervor, daB sowohl die yL- als auch die pz- Kurven sich nach jedem GluhprozeB zu hoheren p-Werten hin verlagert haben. Dieser Vorgang kann nicht die Folge einer

"""t I I I

6 i /--

Fig. 4. Permalloy C. a ungegluht, b ti Std. bei 420°

I I a L- .L

Fig. 6. Permalloy C. Zirkularmaenetisieruni?.

Fig. 3. Permalloy c. 4 Std. bei 900"

Fig. 7. Permalloy c. Llngsmagnetisierung.

a ung;?gliiht, b s Std. bei 4'20°, c 4 Std. bei 900°

magnetischen Anisotropie sein, denn sonst mu6te der Anstieg der Permeabilitat in einer Magnetisierungsrichtung auf Kosten der dazu senkrechten Richtung erfolgen. Schlusse uber die elasto-magnetische

Page 7: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

192 Annalen der Pliysik. 5. Folye. B a d 2:. 1936

Homogenit5t des Materials lassen sicli aus Clem \-ergleich der p L -

mit den ,uz -Kurven ziehen. Demnacli war das Material nach dern ersteri und zweiten

GliihprozeB (Figg. 3 b uiid c) horuogener als nacli den folgenden Gliihprozessen. _Inscheiiiend treten beiiii Abkiihlen leicht J\ ieder elastisclie Verspannungen des Materials auf. die von neuein eine Anisotropie bewirken.

Wesentlich erupfindlicher gegeniiber W:iriiieeinfliissen ist Per- malloy. In Fig. 4 ist tlieses Material vor und nach einer sechs- stiindigen Behandlung bei 420O C wid in Fig. 5 nach eiiier Behand- lung bei 900" clargestellt. Die Figg. 6 uncl 7 enthalten die anf gleicheu Ordinatenniafistah unigezeiclineten Kurven. ,\us den Figg. 4 untl 5 geht einv aiidfrei eine Tersclilechterung der inagnetischeu Hoinogenitiit hervor. Charakteristiscli ist ferner die Verscliiebuiig des Siittignngsgeliietes zu schmaclieii Felderu hin nacli jeder Gliih- behandluug. -4uch liier (Figg. 6 und i) ld3t sicli clariiber hiniaus eine offeubar niclit tlurcli Anisotropie erkliirbare erhebliche Verlage- rung beicler Kurven zii liijhereii ,p-T\-erten liin feststellen.

Es ist also nui- schwer nioglicli. die Driihte durch Gluhbehand- lung in einen magnetisch mohldetinierten und reproduzierbareu Busgangszustand zu versetzeu. Die Driihte warden deshalb vor den folgenden Zug- uncl Toi,zioiismessungea nur einer einmaligen Gliih- behandluug unterzogen. Sofern die Driihte dann \'or elastischen Deformatiouen geschiitzt wurden. waren die Kurven innerlialb der Behlergrenzeu relmjduzierbar.

2 . I ) e r EiufluO v o n Zugspanuuugen

Der EinfinB yon Zogspannungen urcle an folgenden Alate-

a) Sickel + 0,2 "i0 Be vakuumgeschmolzen (Figg. S nnd 9); 11) Sickeleisen 50 O/,) (Figg. 10 nnd 11); c) Niclreleisen 45 o/o S i (Figg. 12 und 13); d \ Permalloy C 78,5 o / i , S i , 1S,O F e , 3,O O/,, Mo, 0,s &In

Die Magnetostriktionskonstante von Sickel ist negativ, die der andereii Materialien positiv, und zwar sowohl in samtlichen Rich- tungen des Einkristalls, als auch im polykristallineu teclinischen Material.

L)er in Fig. S dargestellte Kurvenverlanf entspricht dein von R. B e c k e r uncl ron R. B e c k e r und K e r s t e n mit der ballistischeu Methode an Nickel gefundenen. Waclisender Zug beairkt eine Ab- nalirne der LBngsper~iealiilit~~t uud Verflaclmng der ,uL-Kurveu bei

rialien untersucht :

(Figg. 14 und 15).

Page 8: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H . Littmann. Der Einflu/3 elastischer Verspnnnungen usw. 193

einem Material mit negativer Magnetostriktionskonstante. Der gleiche Verlauf findet sich nun bei den positiv magnetostriktiven Materialien im Zirkularfeld wieder (Figg. 11, 13, 15). Ebenso kehrt der bei Nickel im Zirkularfeld gefundene Verlauf (Fig. 9) bei

Fig. 8. Nickel. Fig. 9. Nickel. Lilngsmagnetisierung. Zirkularmagnetisierung. a 0 kg/mm*, b 4,7 kg/mmY, e 544 kg/mm*, d 15,7 kg/mm2

Fig. 10. 50°/, Ni-Fe. Fig. 11. 50°/, Ni-Fe. LZingsmagnetisierung. Zirkularmagnetisierung.

a 0 kg/mma, b 3,l kg/mme, c 9 4 kg/mm* a 0 kg/mm*, Z, 4,7 kg/mme, c 9,4 kg/mm2

den Legierungen positiver Magnetostriktion im Langsfeld wieder (Fig. 10, 12, 14). Hier ist zunachst bei kleinen Feldern eine Ab- nahme der Permeabilitat mit wachsendem Zug und erst bei groBeren Feldern eine Zunahme festzustellen, so da8 sich die Kurven iiber-

Annalen der Physik. 6. Folge. 27. 13

Page 9: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

194 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 27. 1936

schneiden. J e gr6Ser die Zugspannung ist, desto steiler ist der Verlauf der Kurven im Bereich schwncher E'elder.

Die Langsmagnetisierung ist schon von R. I3 e ck e r (a. a. 0.) behandelt worden. Mit dieser Theorie lassen sich auch die im

Fig. 12. 45O/, Ni-Fe. Fig. 13. 45"/. Ni-Fe. Liingsmagnetisierung. Zirkularmapnetisierung.

a 0 kg/inm2, b 9,4 kg/mme, c 23,6 kg,mm2 a 0 kgjmrn?, b '46 kg/mmz, c 23,9 kg/mm2

L - l L I I I I I H 0 1 2 3 4 u 7 2 3 4

Fig. 14. Permalloy C (gegliiht). Fig. 15. Permalloy C (gegliiht). Lingsrnagnetisierung. Zirkularmagne tisierung.

a 0 kg/mrnP, b 1,6 kg/mm2, c 3,l kg/mm2

Zirkularfeld gefundenen Ergebnisse deuten. Liegt ein rechtwinkliges Koordinatensystem zugrunde, dessen X-Achse mit der Drahtachse und der Zugrichtung zusammenfallt und dessen Y-2-Ebene in die Drahtquerschnittsebene fallt, so liegen im Falle der Zirkular-

Page 10: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H . Littmann. Der Einflub elastischcr Verspannungen usw. 195

rriagnetisierung alle H-Vektoren in der Y-Z-Ebene. H nimmt in dieser Ebene samtliche Richtungen an und hat in allen Punkten gleichen Abstandes von der Achse gleichen Betrag. Aus Griinden cler Rotationssymmetrie ist es statthaft, die Betrachtung nur auf die X-Z-Ebene zu beschranken (Quermagnetisierung). Deshalb wird im folgenden nur der in die X-2-Ebene fallende Vektor des zirku- laren Feldes betrachtet.

Aus der ferromagnetischen Fundamentalfunktion (nach R. Be c ke r) F = K(uZ pa + pz 7' + y2 a')

1 - 3 G { A I ~ (a'- 7) + A,, (P' - +) + ~ 3 3 ( i f 2 - +)I - 6 G 4 1 , (4, a B + A,, B Y + A,, Y 4 - H - Jrn (a 81 + P 8, + Y 83)

ergibt sich in bekannter Weise: oberes Vorzeichen fur A > 0

unteres Vorzeichen fiir il < 0 2 . 2 2

- H - J , * cos y

F = T -- - (2 - 3 cosZB - 3 cos2 y )

da im vorliegenden Falle die Richtungscosinus des Feldes: &l = 0 ,

Die Gleichgewichtsbedingung E z = O , E s = l . erfordert 6 F = 0 oder

unter Berucksichtigung, daB cos ,4 sin ,4 _ _ - cos y cos y ?

a y _ - a @ cos2a + cosap + COS2 y = 1

wenn wieder G O S C C statt a geschrieben wird usw. aF -- = 3 A Z cos y sin y + H. J , sin y = 0

H.,Ja cos @sin ,!I

He.7, cos ,4 - sin ,!I :- - = o

cosy

(2) { ~ = f 3 A Z ( s i n s y - c o s 2 y ) + H . J , ~ o s y

~ = - H . J,. a* P sin2 @COB* (? + H - J , c0s3 y

rcos2 @ - sins 8, a B2 cos y

Die Q1. (1) besitzen die beiden Losungen a) sin y = 0 d. h. a = f 90°, P =

b) sin y + 0 d. h. cosy = & -. 9OU, y = O o ,

H * .Tm 3 2 2

13*

Page 11: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

I Nickel --

H a 0 a = f 90"

I Ha J, 3 AZ cosa = - a = O o bzw. 180" Liingsmagnet.

Nickeleisen

a = 00 bzw. 180°

Die in die Magnetisierungsrichtung fallende Komponente von J , ist:

I m Falle der Langsmagnetisierung: J = J , - cos u bei Zirkularmagnetisierung: J = J,. sin u.

Ferner gilt wegen J = x . H f u r die Suszeptibilitiit bzw. die Pernie- abilitat p = 4 n x + 1 = 4 n x.

T a b e l l e 2

I I < O I I > O ~~

Lanemagnet. 4R Ja? p = 3 2 2 J = * J ,

Aus dieser Gegenuberstellung laBt sich zunachst formal entnehmen, daB die Kurven f u r

a) langsmagnetisiertes Nickel uncl zirkularmagnetisiertes Nickel-

b) zirkularmagnetisiertes Nickel und langsmagnetisiertes Nickel-

einen analogen Verlauf haben werden, ein Ergebnis, welches durch die gemessenen Kurven bestatigt wird.

eisen einerseits und

eisen andererseits

Page 12: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H. Littmann. Der Eanflup e la tkcher Verspnnnungon usw. 197

Wir betrachten xunachst den

Fall a)

const. Weiin die Zug- Es ist x = ~ oder p = ___ =

spannungen grog geger! die elastischen Eigenspannnngen des Mate- rials sind, ist p = f(H) = const. Die Kurven gehen niit wachsendem Zug als Parameter in Parallele zur H-Achse uber. Dies Ergebnis ist von Becke r und K e r s t e n an llingsmagnetisiertem Nickel ab- geleitet und durch ballistische Messung bestgtigt worden I). Die Messuog in der Wechselstrombriicke fuhrt zu ganz entsprechenden Resultaten (Fig. 8). Denselben Verlauf hat man nach Tab. 2 fur zirkular magiietisiertes Nickeleisen zu erwarten im Einklang mit den Kurven (E'igg. 11, 13, 15). Der Vorgang der Magnetisierung ist in beiden Fgllen der gleiche. Die J,-Vektoren bilden infolge der Zugspannung im feldfreien Zustand einen Winkel von 90° mit der Feldrichtung und werden mit wachsender Feldstiirke in die Feldrichtung hineingedreht. Liegen im Falle a) Drehprozesse vor, so hat man es im

Fall b) niit einem grundsatzlich anderen Vorgang, eineni UmltlappprozeR (bzw. Wandverschiebungen), zu tun. Da sich die J,-Bczirke schon von vornherein (lurch die Zugspannung in die Yelclrichtung (bzw. antiparallel dazu) einstellen, sollte ein Anstieg des p mit wachsendem Zug beobachtet werden. Statt dessen zeigt sich bei schwachen Feldern ein Abfall m i t steigendem Zug und erst bei' stiirkeren Feldern tritt der erwartete Verlauf , ein.

Es scheint nicht gerechtfertigt, fur dies Verhalten eine un- vollstandige Ausrichtung der Elementarbezirke Terantwortlich zu machen, da gleichzeitig in der dazu senkrechten Magnetisierungs- richtung eine vollige Ausrichtung beobachtbar ist (horizontale p-H- Kurve).

Dies Verhalten steht aber vermutlich nicht iu Widerspruch xur B ec kerschen Theorie. Die Theorie macht keinerlei Aussagen uber den Umklappmechanismus, insbesondere nicht uber die damit verbundene Hysterese und Koerzitivkraft. Es scheint nun, daB man mit einigen speziellen Annahmen hieruber eine Deutung versuchen kann.

Nimmt man an; da6 der Umklapprorgang des einzelnen H e - mentarbezirkes nicht hysteresefrei erfolgt, so wird dieser Vorgang durch eine rechteckige Hystereseschleife dargestellt. Der einzelne Elementarbezirk verkorpert also nicht nur eine spontane Magneti- sierung J , , sondern auch eine Koerzitivkraft. Die Kurven lassen

.I," 4 n J," 32L 3 2 2

.

Page 13: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

198 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 27. 1936

sich dann durch die weitere Annahme deuten, da6 nicht alle Elementarbezirke die gleiche Koerzitivkraft besitzen.

Bei schwachen Feldern im Anfangsteil der technischen Ma- gnetisierungskurve (Fall b) klappen nur Bezirke mit kleiner Koerzitiv- kraft, wahrend mit wachsendem Feld immer mehr Bezirke dem Peld folgen und so einen Beitrag zur Wechselstrommagnetisierung liefern. Die Magnetisierungskurve setzt sich in diesem Falle aus einer groBen Zahl einzelner Barkhausensprunge zusammen.

Da schon Pr e i s a c h zur Annahme rechteckiger Elementar- schleifen mit individuell verschiedener Koerzitivkraft gefiihrt wurde, um die beim ,,En- und Ausschaltversuch" beobachteten Nach- wirkungserscheinungen zu deuten, ist es vielleicht moglich, diese auf elastisch verspannte StGrgebiete im Ferromagnetikum zuruck- zuf u hren.

Um festzustellen, ob der charakteristische Verlauf der Kurve nach Fig. 10 auch im Gleichfeld zu beobachten ist, wurde derselbe Draht im Langsfeld ballistisch gemessen. Der Permeabilitiitsabfall bei schwachen und -anstieg bei starken Feldern kommt auch in den Gleichstromkurven zum Ausdruck.

3. Messung b e i T o r s i o n

Der EinfluB von Torsionsspannungen ist an Nickel (Figg. 16 und 17) und 50°/,igern Nickeleisen (Figg. 18 und 19) untersucht

I I I 1 H 0 2 4 6 8

Fig. 16. Nickel. Fig..l7. Nickel. Zirkularmagnetisierung. - -

a 0 O/cm, b-3,2 O/crn, c 6,5 O/cm, d 13,O O/cm

worden. I n beiden Magnetisierungsrichtungen verflachen sich die p-H-Kurven mit wachsendem Torsionswinkel unabhkngig vom

Page 14: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

H. Littmann. Der Einflup elastischer ?'erspannungen usw. 199

Vorzeichen der Magnetostriktionskonstanten, also sowohl bei Nickel als auch bei Nickeleisen.

Die Beckersche Theorie ist von Os te rn iann und Schmol l e r a) und Schiitz5) und Gans auf tordierte Drahte angewendet worden.

Fig. 18. 50*0/0 Ni-Fe. Fig. 19. 50°/, Ni-Fe. Liingsmagnetisierung. Zirkularmagnetisierung.

a O0/cm, b 1,6 "cm, c 3,2 "/cm, d 4,9O/cm

Es ergibt sich hiernach bei starker Torsion eine Ausrichtung der Elementarbezirke unter einem Winkel von 2 45O - je nach dem Vorzeichen der Magnetostriktion - gegen die Drahtachse.

Die Ergebnisse der Torsionsmessungen stehen hiermit in guter Qbereinstimmung. Da sowohl bei positiver als auch bei negativer Magnetostriktionskonstante und bei, Langs- wie auch bei Zirkular- magnetisierung die J,-Bezirke um 45O aus der Feldrichtung heraus- gedreht werden, ist in allen vier Fallen eine Verflachung und Ver- lagerung der Magnetisierungskurven zu kleineren p-Werten zu erwarten.

Zueammenhesung

Es wurde der EinAuB von Gliihprozessen, Zug und Torsion auf die Magnetisierungskurve verschiedener Drahte der Nickeleisen- legierungsreihe im longitudinalen und zirkularen Feld untersucht. Die Ergebnisse sind folgende:

1. Die bekannte Verlagerung der Magnetisierungskurve zu hoheren Werten der Induktion hin ist nicht die Folge einer durch den GliihprozeB hervorgerufenen magnetischen Anisotropie.

2. Eine mehrfache Wiederholung des Gliihprozesses ist nicht geeignet, das Material von elastischen Eigenspannungen vollig zu befreien.

Page 15: Der Einfluß elastischer Verspannungen auf die Wechselstrommagnetisierungskurve

200 Annabn der Plzysik. 5. Folge. Band 27. 1936

3. Der EinfluB von Zugspannungen auf die Langs- uud Zirkular- magnetisierung durch Wechselstrom 1aBt sich mit Hilfe der Becker - sclieu Theorie erklaren. Die Zugspannung bewirkt eine Abnahme der Permeabilitat und eine VerHachung der p-H-Kurven hei langs- magnetisiertem Nickel und zirkularmagnetisiertem Nickeleisen. Bei zirkularniagnetisiertem Nickel und langsmagnetisiertern Nickeleisen bewirkt sie eine Zunahme der Permeabilitat bei nicht zu schwacheii Feldern.

4. Der beobachtete EinfluB von Torsionsspannungen auf die Liings- und Zirkularmagnetisierungskurven ist ebenso mit Hilfe der B e c k erschen Theorie deutbar.

5. Um die Magnetisierungskirven bei reinen Umklapperschei- nungen (Wandverschiebungen) zu erklaren, ist man im Bereich schwacher Felder vermutlich zu speziellen Annahmen iiber den Umklappmechanismus gezwungen.

Die vorliegende Arbeit wurde im Physikalischen Institut der Universitat Jeiia unter der Leitung von Herrn Geheimrat Prof. Dr. M. W i e n ausgefuhrt. Ihm, meinem hochverehrten Lehrer, bin ich fiir die Anregung zu dieser Arbeit und sein stindig forderndes Interesse zu gro6tem Dank verpflichtet. Der Firma Heraeus-Hanau danlre ich fur die Oberlassung der untersuchten Drahtproben.

Literatur

1) R. Becker,Ztschr. f. Phys.6?. S. 253.1930; R. Isecker u. M.Kersten,

2) M. W i e n , Ann. d. Phys. 66.. S. 859. 1898. 3) F. P r e i s a c h , Ztschr. f. Phys. 94. 8. 277. 1935. 4) H. Ostermsnn u. F. v. Schmol ler , Ztschr. f. Phys. 78. S.690. 1932. 5) W. S c h u t e , Ztschr. f.Phys. 78. S. 697. 1932.

J e n a l Physikalisches Institut der Universitiit.

Ztschr. f. Phys. 64. S. 660. 1930.

(Eingegnngen 7. Juni 1936)

V e r a n t w or t 11 c h : fur die Redaktion: Prof. Dr. E. Griineisen, MarburgiL.; fur Anzeigen: Bernhard v. Ammon, Leipzig. - Anzeigenannal~me: Leipaig C 1, Salomonstr. 18 B, Tel. 70861.- Verlag: JohannAmbrosins Bartli. - Druck: Metzger & Wittig, Leipaig C 1 . - DA. 1010. - II.Vj. 1930.-

Zur Zeit gilt Preisliste 8 . - Printed in Germany.