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Beitrge zum Studium des Barkhauseneffekts.

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525
Beitrdge xum Studium des Barkhauseneflekts
Von A l e x . C d f r n a m
(Mitteilung aus dem Institut fik Schwachstromtechnik, Dresden)
(Mit 20 Figuren)
Die Magnetisierung ferromagnetischer Stoffe geht diskontinuierlich vor sich. Auf irreversiblen Zweigen der Hysteresiskurve ist sie bedingt durch ein plotzliches Umklappen der
magnetischen Gruppen. I n einer Spule von einigen Tausend
Windungen kann dieses Umklappen entsprechende Spannungen
induzieren , welche - Niederfrequenz verstarkt - in eineni
Kopfhijrer ein charakteristisches Gerausch ergeben.')
Das Umklappen der einzelnen T'eilchen kann allmahlich
oder auch plotzlich erfolgen, je nach der magnetischen Vorgeschichte des ferromagnetischen Materials.
F. P r e is a c h 2), der die Vorgiinge sorgf altig untersucht
hat, hat gefunden, da8 eine auflerordentlich kleine h d e r u n g
des magnetischen Feldes bei starken mechanischen Spannungen
plotzliche Spriinge in der Imduktion hervorrufen kann, welche
bis zu 97 Proz. der gesamten Hohe der Hysteresiskurve erreichen. Dieser Vorgang vollzieht sich in einer Zeit von der
GroBenordnung von etwa
sec.
Eiu f erromagnetisches Material andert seinen magnetischen
Zustand aber nicht nur unter dem EinfluB eines auBeren Peldes
diskontinuierlich, sondern auch wenn es tordiert, gehammert
oder gebogen w i d , kurz unter dem EinfluB jeder mechanischen
1) H. B a r k h a u s e n , Zwei mit Hilfe der neuen Vcrstlrker entdeckte Erscheinungen; Phys. Ztschr. 30. S. 401-404. 1919.
2) 1'. l'r e i s a c h , ,,Untersuchungen uber den Darkhauseneffekt",
Ann. d. I'hys. [5] 3. 8. 737. 1929.
Annalen der Physik. 5. Folge. 6.
54
526
A . CGman
Behandlung und sogar wenn es von einem Wechselstrom durchflossen wird.')
Diese Erscheinuug, welchc im allgemeinen unter der Bezeichnung ,,Barkhauseneffekt" bekannt ist, ist ijfters schon an
ferromagnctischen Materialien untersucht worden, aber man
hat noch nicht untersucht, was in Hiublick auf die Diskontinuitst der Nagnetisierung in einer Scheibe passiert, die in
einem magnetischen Feld rotiert.
Derartige Untersuchungen konnten neue Ergebnisse iiber
die langumstrittene Frage der Hysteresisverluste bei drehender
Ummagnetisierung ergeben.
Nur H e r o l d z ) bemerkte nebenher und rein qualitativ, dat3
der Barkhauseneffekt in oiner Scheibe, die im Magnetfeld
rotiert, zuerst mit dem Feld zunimmt, ein Maximum erreicht
und dann wieder rerschwindet, wenn das Feld einen gewissen
Wert iiberschreitet.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Ummagnetisierung der
ferromagnetischen Scheiben, welche in einem magnetischen
Feld rotieren und den damit verbundenen Barkhauseneffekt
zu untersuchen.
Vereucheanordnung
Zwischen den Polen MM eines starken Elektromagneten
befindet sich die zu untersuchcnde Scheibe S (Fig. 1). Die
Ebene dieser Scheibe liegt parallel zii den Kraftlinien. Um die
Reibung zu vermindern, ist sie in Spitzen gelagert. Aiif der
gleichen Achse sitzt ein Antriebsrad A aus ummagnetischem
Netall. Zwei in Reihe geschaltete Spuleri dienen zum Nachweis des Barkhauueneffekts.
Die Diskontimitiiten in der
Xagnetisierung induzieren darin entsprechende Spannungen.
ljiese Spulen haben einen Gesamtwiderstand von 1000 Ohm.
Jede Spule hat 500 Rindungen und einen inneren Querschuitt
von 0,2.1,3 cm2. Die freien Enden liegen an einein Umschalter
und kijnneii entweder auf den Eingang eines 5-stufigen Wider1) St. I ' r o c o p i u , ,,Influence des actions l n h n i q n e s et du courant
xlternatif sur les discontinuitbs dc l'aimantation. Ann. Sc. Univ. Jnssy
T. XV, fasc 1--2, page 59-64 et 65-68.
2) H e r o l d , ,,c.ber den Barkhauscucffckt". Eingereichte Dissertation. T e c h . Hochschule Dresden.
Beitrage xum Studium des Barkhausenejjektes
827
standsverstarker geschaltet werden, bestehend aus einem Dreifachrohr von Low e und einem Verstarker von Si e m e n s , oder
auf ein Saitengalvanometer von E d e l m a n n (grol3e Ausfiihrung).
Fig. 1
Dieses dient zur oszillographischen Aufzeichnung der
Vorgange und ist in Fig. 2 mit S. G. bezeichnet.
1 x 1 -
I
Fig. 2
Der Ausgang des Verstarkers kann entweder direkt a.n
ein Telephon angeschaltet werden, oder iiber einen Transformator an ein Spiegelgalvanometer von Siemens & Halske, in
Reihe mit einein nicht verstellbaren Kristalldetektor.
54 *
A . Cigman
828
Der Antrieb der Scheibe kann unmijglich mit eineni
Elektromotor erfolgen. Die Kollektorstijrungen wurden den
Barkhauseneffekt vollkommen iiberdecken, so daB ein Abhoren
am Ausgang des Verstiirkers uniuiiglich wiire. Es wurde
deshalb der Federantrieb eines Phonographen verwandt. Die
Xonstanz der Umdrehungszahl war wiihrend der Versuchsdauer
von einigen Minuten befriedigend. Mit Hilfe einer ubersetzung
H
Gd
750
5cx
250
r
0--
i
7
2
3
Fig. 3
4
5Amp
--
,i
5
10 Amp
Fig.:$a
und einer Reguliervorrichtung des n’erkes konute inan muhelos
Umlaufzahlen zwischen 16 und 300 Umdr./Miu. erreichen.
Diese wurden mit einer Stoppuhr kontrolliert.
Zu beachten ist ferner, daB dcr Antriebsfaden keinen zu
grogen Knoten habeii darf. Der kleine StoB, den die Antriebsscheibe bei jedern Voriibergang des Knotens erleidet, geniigt,
um kurzzeitig eine starke Erhijhung des gemesseneu Barkhauseneffektes zu wrnrsachen.
Beitrage xum Shclium des Barkhausenejjeektes
829
Die ubrigen Einzelheiten der Schaltung zeigt Fig. 2. Der
Strom in den Spulen des Elektromagneten, kann mit einem
Potentiometer P, einem Drahtwiderstand R und einem Fliissigkeitswiderstand 3'1. W. geregelt werden.
Das Beld H des Elektromagneten ohne Scheibe wurde
mit Hilfe einer Spule von bekanntem Querschnitt und einem
Fluxmesser F1. SystemGrassotvon der ,,Cornpapie des Compteurs"
in Paris gemessen. Fig. 3 zeigt die Feldstarke in Abhangigkeit von dem Magnetisierungsstrom. Die verschiedenen Scheiben,
die untersucht wurden, hatten alle gleiche Abmessungen:
1 cm Durchmesser und 0,2 mm Starke.
Die magnetische Induktion B der Scheibe wurde mitteIs
Fluxmeters mit der gleichen Spule von bekanntem Querschnitt
festgestellt, die zur Messung der Feldstarke diente. Bringt
man die Scheibe in das Innere der Spule, so kann man aus
der Differenz der MeBwerte mit und ohne Scheibe, die Zunahme der Kraftlinien bestimmen, bedingt durch das Einbringen
der Scheibe. Da der Querschnitt der Scheibe 1.0,02 = 0.02 cm2
betrug, folgt die Zahl der Kraftlinien je c m 2 im Inneren derselben angenahert, indem man die obenerwahnten Differenzen
niit l/0,02 = 50 multipliziert. Diese Art der Bestimmung der
metallischen Induktion B ist, soweit sie den absoluten R e r t
betrifft, offenbar Fehlern unterworfen. Sie liefert jedoch geniigend genaue Werte fur die Feldstarke, bei der die Sattigung
eintritt.
Kurve 2 in Fig. 3 gibt die MeBergebnisse fur die in der
Spule angebrachte FeSi-Scheibe. Kurve 3 gibt in einem
anderen Magstab die errechneten Werte fiir die Kraftlinienzahl, bezogen auf die Flacheneinheit im Innern der Scheibe,
in Abhangigkeit von der Magnetisierungsstrornsfarke.
a) B a r k h a u s e n e f f e k t i n A b h a n g i g k e i t v o n der F e l d s t a r k e
bei konstanter Umlaufzahl
Mit Hilfe des Fliissigkeitswiderstandes wird das Feld geandert, bei konstanter Umlaufzahl der Scheibe. Gemessen
wird der Galvanometerausschlag entsprechend dem gleichgerichteten Strom am -4usgang des Verstarkers. Unter der
Voraussetzung, daB keine Storungen auftreten, maclit das
A. Cisman
830
Galvanometer einen Ausschlag, der nur von der Umlaufznhl
abhangig und dem Barkhausen-Effekt proportional ist,.
Tabelle 1
FeSi
~~
~
/
100
Ii 70
300
44
UmdrJMin. Tmdr./Min.
2oo
/Umdr./Min.
I5O
rmdr./Min.]/Umdr./MinJmdr./Min.
~
5 2
- ,--.
i
-3g
4
-
~
0
$2
4
9
6
14 98
18 216
23 258
34 328
46 350
57 345
69 320
80 312
92 280
137 205
206 120
320 96
437 70
554 22
7
ti55
3
880
1100
2
-
0
0
3
10
47
118
155
187
210
228
227
225
218
203
j
0
0
0
4
9
6
9
14
18
23
63
84
118
18
29
42
139
148
46
25
34
42
46
50
ti4
-
1I
185 !
194
42
193
46
186
57
69
69
80
80
114 136 92
172 47 110
206 22 220
255 16 255
554
0 500
-
8 %
z g mYi
- 3
--
i
0
4
9
12
18
23
27
34
42
46 273
50 270
57 268
69 253
80 217
114 168
177
70
206 37
252 10
666
1
0
880
c:
a
m
Y
m
~
0
0
h
3
-- 3
m
-
50
57
69
80
46
157
58 154
64 148
86 120
95
77
47
37
19
11
0
-
92
104
150
172
194
250
~
-
0
1
5
25
53
69
72
70
69
66
56
48
38
14
8
6
0
-
--
Tabelle 1 gibt die MeBergebnisse fur eine Scheibe aus
Fe-Si. Die angegebenen Werte entsprechen den Kurven der
Fig. 4.
Die Kurve, die den Zusammenhang zwischen B und H
gibt, wurde, urn leichter vergleichen zu konnen, auch in Fig. 4
aufgetragen.
Die Kurven zeigen, daB der Effekt ein sehr stark ausgepragtes Maximum erreicht, bei einer Feldstirke von 45 Gauss
und einer Induktion im Metal1 von 2400 Einheiten.
Die Lage dieses Maximums ist unabhangig von der Umlaufzahl. Diese beeinfluBt nur den relativen Wert dieses
Maximums. Auf der abfallenden Seite der Kurve ist die
Steilheit vie1 geringer. Die Knrve nahert sich asymptotisch
dem Wert Null. Noch weit bevor die Sattigung erreicht
Beitrage xum Studiurn des Barkhauseneffektes
531
Fig. 4
Tabelle 2
Nickel *)
200 Umdr./Min.
Feld
(Gauss)
170 Umdr./Min.
Feld
Skt.
(Gauss)
-
0
4
12
18
24
30
36
39
47
70
92
114
160
216
0
0
3
278
334
435
428
386
349
243
133
39
-
-
3
0
0
4
9
14
16
18
20
24
30
35
46
58
70
92
216
Skt.
80 Umdr./Min.
28 Umdr./Min.
Feld
(Gauss)
Feld
(Gauss)
~
0
0
0
2
38
139
257
298
364
358
325
273
227
102
0
Skt.
__
0
0
0
Skt.
0
0
4
9
15
18
23
28
36
42
76
104
150
206
1
32
112
208
280
276
258
164
43
6
0
4
9
12
14
18
23
28
32
46
92
150
206
0
0
0
9
40
81
120
130
108
24
2
0
-
-
-
-
1) Nickel gibt vie1 starkere Effekte als FeSi. F u r diese Messungen
wurde die Empfindlichkeit des Galvanometers zehnmal kleiner als bei
FeSi gemacht.
832
A. Ciqman
wird, ist der Barkhauseneffekt bereits praktisch zu vernachlassigen.
Angenommen, dag das Verschwinden des Barkhauseneffektes
bedeutet, dag der Winkel ‘p zwischen dem Feldvektor und dem Vektor
cler Induktion dem Wert Null sich nahert, so ergibt sich, dag bei
Eintritt der Sattigung die Hysteresisverlusteebenfalls Null werden.
So scheint das Studium des Barkhauseneffektes neue
Gesichtspunkte in Bezug auf dieses Problem zu bringen.’)
770T/hfifl
*
80 VMin
28 77Min
Fig. 5
dufier der Scheibe aus FeSi, wurde auch noch eine aus
Nickel unter den gleichen Gesichtspunkten und unter gleichen
Bedingungen untersucht. Die Mefiergebnisse zeigt Tabelle 2.
Ihnen entsprechen die Kurven von Fig. 5. Der allgemeine
Kurvenverlauf ist der gleiche, wie bei FeSi. Nickel gibt ungleich starkere Barkhauseneffekte als FeSi.
Der Anstieg
1) H e r r m a n n , E.T.Z.1910. S. 139; R. G a n s u. L o y a r t e , Arch.
f. Elektrotechn. 3. S. 139. 1916; T r a p p e , Diss. Giittingen 1925; M e r t z ,
Diss. Gottingen 1927.
Beitrage zum Studium des Barkhausenejfeektes
833
der Kurven ist sehr steil. Da schon kleine Anderungen des
magnetischen Feldes groBe Fehler ergeben konnen, miissen
hier die Messungen sehr sorgf altig durchgefiihrt werden.
b) B a r k h a u s e n e f f e k t in A b h a n g i g k e i t
v o n der U m d r e h u n g s g e s c h w i n d i g k e i t b e i konstantem F e l d
Obgleich man aus den Kurven der Fig. 4 schon die Abhhgigkeit des Eff ektes von der Tourenzahl entnehmen kann,
ibei konstantem Feld) wurden zu diesem Zwecke doch besondere
Messungen gemacht, um systematische Fehler zu vermeiden.
Die Messungen, die man ausfuhren muB, um eine Kurvenschar entsprechend Fig. 4 aufzunehmen, erfordern verhaltnismaisig lange Zeit. Bisweilen sogar mehrere Tage und es ist
leicht moglich, daB sich die Gesamtverstarkung in dieser Zeit
geandert hat. Das hat nur wenig Bedeutung fur den Kurvenverlauf und kommt nur dadurch zum Ausdruck, das sich die
Kurven relativ in der Hohe etwas verschieben.
Die MeBergebnisse fur die obenerwahnte Scheibe aus FeSi
gibt Tab. 3. Die Empfindlichkeit des Galvanometers ist dabei von der in den Kurven Fig. 4 verschieden. Die Kurven
von Fig. 6 beziehen sich auf Feldstairken, die kleiner sind als
Tabelle 3
12
Gauss
d
FeSi
1 1,
23
Gauss
/ Gauss
34 /
46 I/ 48 1 76
1 Gauss 11 Gauss 1 Gauss
1
-__
137
Gauss
92
Gauss
-
d
s2 .g
a
g
*'
a
44
101
15
122
18
236
25
250
35
2til
58
305 1,5 154 37 154 681154 771154 74 154 6711154 60
1
- 12611
180 43
60 ~~180
~ 6 1 83
! 1 0180
8 ~1114/2611lll
2 92
6 1 180 8E
6E
89
- 305 70 305 128,305 1271 305 125
104
E
5
20
26
31
44
72
122
154
180
261
305
~
6
7
12
13
17
30
34
39
50
ti5
A. Cigrnan
834
f e -si
-
H <H max
46 Gauss
m-
50 -
I
I
700
240
Fig. 6
50
I
0
72U
zoo
Fig. 7
I
300 7Mn
Beitrage xum Studiurn des Barkhauseneffektes
535
die dem Maximum des Effektes entsprechenden. Die von Fig. 7
liegen dagegen bei hoheren Feldstarken.
Nur bei kleineren Feldstkken ist der Barkhauseneffekt
linear abhangig von der Umlaufsgeschwindigkeit, bis etwa
15-20 Gauss. Bei hoheren Feldstarken weichen die Kurven
mit zunehmender Umlaufzahl nach unten ab, und zwar um so
mehr, je weiter man sich aus dem Gebiete des Maximums des
Effektes entfernt.
c)
Der tote Winkel
Nahert man, um den Barkhauseneff ekt zu beobachten,
einen Magneten einem Eisendraht bis etwa zum PunkteA
Fig. 8
Pig. 9
(Fig. S), um dann wieder zuruckzukehren nach C, so hort man
kein Gerausch im Telephon, solange man den Punkt B nicht
uberschreitet. Ein Hin- und Herschieben des Magneten in
dem Bereich zwischen A und B erzeugt ebenfalls kein Gerausch
mehr. Sol1 der Effekt wieder eintreten, so muA man eine der
Grenzen A oder B uberschreiten. Aber wahrend A eine scharf
definierte Grenze ist, ist B ziemlich verwischt. Ahnlich verhalt
sich eine Scheibe, der man eine Drehung um einen gewissen
Winkel erteilt. Solange dieser Winkel einen bestimmten
Wert 2 u nicht uberschreitet (Fig. 9), tritt kein Barkhauseneffekt auf. Die beiden Grenzen n und b sind symmetrisch
zu der Polachse. Sobald man iiber eine der beiden Grenzen
hinausgeht, uni z. B. nach a' zu kommen, so verschiebt sich
in gleicher Weise die Grenze b von dem gleichen Winkel
nach b'. Der Winkel 2 u existiert stets und hat auch stets
836
A . Cigmart
dieselbe GroBe. Ganz gleich, in welche Lage man die Scheibe
auch drehen mag. Wahrend beim Eisendraht nur eine von
den beiden Grenzen scharf ausgepragt war, treten bei der
Scheibe beide Grenzen messerscharf in Erscheinung. Zur Bestimmung des Winkels 2 oc diente folgende Versuchsanordnung
(Fig. 10): Ein Seidenfaden, dessen eines Ende an einer Feder F
befestigt ist, geht zunachst uber das Triebrad T , auf der
Scheibenachse und dann uber eine Rolle R. Am freien Ende
des Fadens hangt ein der Federstarke entsprechendes Gewicht.
Dadnrch, daB man die Feder F schwingen laBt, kann man
Fig. 10
A
der Versuchsscheibe entsprechende Drehschningungen erteilen.
Beobachtet wird die Amplitude der Schwingung des Zeigers
bei der, der Barkhauseneffekt hinter dem funfstufigen Verstarker eben nicht mehr hiirbar ist.
Da die Schwingung der Feder stark gedampft ist, w i d
das Gewicht von Hand im Rhythmus der Schwingungen bewegt,
wobei die Amplitude der Zeigerbewegung durch zwei auf der
Skala verschiebbare Korke begrenzt wird.
Zuerst wurde wieder die FeSi-Scheibe untersucht. Dadurch, daB man sie in einem Magnetfeld rasch rotieren lie6,
welches vom Sattigungswert his zu Null allmahlich geschwacht
nurde, erreichte man zunachst eine vollstandig homogene
Entmagnetisierung der Scheibe. Die MeBergebnisse gibt Tab. 4.
Die Kurve Fig. -11 gibt die Abhangigkeit des Winkels 2 IZ vom
magnetischen Feld.
Unler der Annahme, dag man gleichzeitig mit dem Winkel a
den Winkel y zwischen den Vekforen der Induktion und des
Feldes migt, folgt abermals, dug diese beiden Vekioren zusammenfallen miissen, sobald die Xattigung erreicht ist.
Beitrlige 2um Studium des Barkharusenejjektes
83i
Tabelle 4
2 a in Grad
H (Gauss)
0
6
10
20
35
50
65
3-
(3
96
115
1 ;
II
44,s
33
;:
7
5]5
4,5
4
155
200
320
33
I
200
?QQ
,
H
30Gauss
Fig. 11
Versuche zeigten , da13 die Sch\~ingungsgeschffindigkeit
ohne EinfluB auf den Winkel Q ist.
838
A . Cigman
I n einer weiteren Versuchsreihe wurde die Scheibe in
Richtung eines Durchmessers stark vormagnetisiert. Dies geschah, indem die ruhende Scheibe in einem geniigend starken
Magnetfeld gesattigt wurde. Das Feld wurde dann wieder
auf kleine Werte gebracht. Rewegt man jetzt die Scheibe
urn einen kleinen Winkel z. B. nach rechts, so kann man
einen starken Barkhauseneffekt feststellen. Kehrt man in
0
Geduscb
,
Fig. 12
der Bewegung wieder urn, so tritt der Barkhauseneffekt wieder
auf, wenn man iiber die urspriingliche Lage hinausgeht. Das
wiederholt sich so lange, bis man den Grenzwinkel 2 a erreicht.
Ausfuhrlich zeigt dies Fig. 12. Geht man von o aus
nach a, so tritt der Effekt langs des gesamten Weges auf.
Kehrt man wieder um, und geht bis b zuriick, so hort man
das Gerausch nur im Bereich o-b.
Auf dem Weg von b
nach c ist es nur zwischen a und c vorhanden, aber bei der
Reitruge xum Siudium des Barkhauseneffektcs
839
Ruckkehr nach b erscheint es schon bei A . Der Winkel r 2
ohne Gerausch ist gleich 2a. Geht man jetzt noch einmal
von d nach c, so tritt der Effekt bei B wieder ein. Der Wmkel
A
d B ohne Gerausch ist wieder g1eic.h 2a.. In der Figur geben
die Pfeile die Wegrichtung an und die stark ausgezogenen
A-S/:
0
x
Ohnehrm.
/n Richtung der Yorm.
Senhrecht zur hmagn
Fig. 13
Teile derselben die Bereiche, in denen der Barkhauseneffekt
beobachtet ist.
E s wurden Messungen des Winkels 2ac in Abhangigkeit
vom Feld ausgefiihrt, und zwar fur die beiden Falle, daB die
Richtung des Feldes einmal parallel (Tab. 5 , Kurve 11 in
Fig. 13), das anderemal (Tab. 6, Kurve I11 in Fig. 13) senkrecht
zur Richtung der Vormagnetisierung ist. Fur magnetische Felder,
die kleiner sind als das dem maximalen Effekt entsprechende
Feld, ist im ersten Falle der Winkel 2or grol3er als im zweiten.
A . Cigman
840
Tabelle 5
H(Gauss)
\
Tabelle 6
~
2 n in Grad
0
6
8
12
25
38
50
65
75
95
116
155
200
320
1 2 a in Grad
03
0
95
79
58
35
24
4
5
10
2s
38
50
65
75
95
115
155
200
320
12
25
$5
4
10,5
9'5
8'3
8
Tabelle 7
parallel zum senkrecbt
aum Schnitt
Schnitt
(in Grad)
(in Grad)
0
5
6
10
20
25
38
50
65
80
105
95
52,5
-
,
21
15,5
13
11
-
,
4s
28.5
26'
17'5
1475
12
10
8
Fur sfirkere Felder gilt dagegen das Gegenteil, ein Zeichen
dafur, daB der EinfluB der Vormagnetisierung verschwunden ist.
Urn einen genaueren Einblick auf den EinfluB der Unsymmetrie auf den Winkel 2a zu erhalten, wurde folgender
Versuch durchgefiihrt. Dieselbe Scheibe, die in den friiheren
Versuchen verwendet wurde, wurde langs eines Durchmessers
Beitrage xum Studium des Barkhauseneffekfes
841
geteilt und dann wieder so gut zusammengelotet, daB die Lotstelle kaum mehr zu beobachten war. Messungen zeigten,
daB diesnial der Winkel 2 groRer ist, wenn der Schnitt in
Richtung des Feldes liegt, als wenn er senkreclit darauf steht.
o Para//e/ zum
M-a>ASenkrecht rum hid
Geschniften.
300 Gauss
Fig. 14
Das zeigt in Analogie zum vorausgehenden Fall, daR die Remanenz mehr in Richtung des Schnittes bestehen bleibt, als
in den dazu senkrechten (vgl. Tab. 7 und Fig. 14).
d) Q u a l i t a t i v e B e m e r k n n g e n
Diskontinuilten in der Bilagnetisierung einer Scheibe
kann man beobachten, entweder wenn man die Scheibe im
magnetischen Felde dreht, oder wenn nian die ruhende Scheibe
in ein veriinderliches Feld bringt. I n dem letzteren Falle
treten wesentlich stiirkere Barkhauseneffekte auf.
Wird eine ferroniagnetische Scheiloe lMngs eines Durchmessers stark vormagnetisiert und dann in einew schwachen
Magnetfeld gedreht, so kann man beobnchten, daI3 nur bei der
Annalen der Physik. 5. Folge. 6.
55
842
A. Cisman
ersten Uindrehung auBerordentlich starke Effekte auftreten,
wahrend der folgenden Umdrehungen ist das Gerausch wieder
normal, d. h. bedeutend schwacher , aber periodisch unregelniiiBig. Dabei mrclen die Geriiuscbe starker, wenn die Richtung der Vormagnetisierung mit der Feldrichtung beinahe
zusammenfiillt.
DaB diese Schwankungen nicht von geometi-ischen Unsymmetrien herriihren, kann man Ieicht nachweisen, indem man
in aufeinanderfolgenden Versuchen verschiedene Durchmesser
vormagnetisiert. Verstirkt man ferner wahrend der Umdrehungen das Feld, bis cler Effekt verschwindet und kehrt
nian jetzt wieder langsam zu schwiicheren FeldstArken zuriick,
so zeigt sich, daB die Schwankungen im Geransch verschwinden.
Um diese Vorgange noch deutlicher in Erscheinung treten
zu lassen, wurden sie mit dem Edelinannschen Saitengalvanometer oszillographisch registriert. Die Scheibe wurde meist
mit einer durch die Stoppuhr kontrollierten Geschwindigkeit
von etwa einer Umdrehung/sec gedreht. Um gleichzeitig die
Zeit auf dem photographischen Papier zu registrieren, wurde
der Schatten des Zeigers eines Desprezsignals in Abstinden
von 1/5 Sek. aufgenommen. Das Galvanometer wurde iiber
ein Potentiometer auf dem Ausgang der dritten Verstarkerstufe
geschaltet. Dabei wurde eine Platinsaite von 10 p verwendet.
Die zwei Oszillograiiime der Fig. 15 beziehen sich auf
die Scheibe aus FeSi. Fur alle beide Falle fand die Aufnahme in einem Feld von 18 Gauss statt (Remanenzfeld des
Elektromagneten).
Das erste Oszillogramm a wurde aufgenommen, nachdem
man die Scheibe in einem schwacher werdenclen Feld schnell
rotieren lieB. Alle magnetischen Unsymmetrien werden auf
diese Weise ausgekscht. Uas ist dasselbe, als ob man eine
Eisenprobe in schwacher werdendem Wechselfeld entmagnetisiert, um die jungfriiuliche Kurve aufnehmen zu konnen.
Das Oszillogramm zeigt tatsachlich einen homogenen
Barkhauseneffekt Ton konstanter mittlerer Starke.
Oszillogramm b dagegen zeigt einen Barkhauseneffekt von
schwankender Intensitat. Das ist darauf zuriickzufiihren, daM die
ruhende Scheibe vorher bis zur SBttigung vormagnetisiert war.
Beitruge xum Xtudium des Barkhausenejfektes
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844
Beitrage xum Studium des Barkhauseneffktes
845
Durch schwarze vertikale Linien sind anf diesen Oszillogrammen die Zeiten T,, T,, T , usw. markiert, in denen nach
einein vollen Umlauf die Scheibe wieder in dieselbe Lage
ziiriickgelielirt ist, in cler sie vorniagnetisiert wurde.
Unter den gleichen Bedingungen wurden auch entsprechende Oszillogranime fiir andere Scheiben aus verschiedenen Materialien aufgenomnien. Darunter eine aus TTeicheisen. Dic E'eldstiirke betrug dabei 46 Gauss uncl die Richtung der Tormagnetisierung war bei b um 90° gegen a verschoben (vgl. Oszillogramme a und b der Fig. 16).
Auch geteilte uncl miecler zusamniengeliitete Scheiben
\wrden in dieser R-eise untersucht. Das innere Gleichgewicht
clw magnetischen Gruppen ist sehr labil. Ebenso wie ein
liartenhaus zusammenbricht , wenn nian eine Karte daraus
entfernt, ebenso kla1q)en aucli durch Sympnthie alle magnetischen Gruppen um, wenn eine einzige uiiililappt.
E s war auch vorauszusehen, daB ein diametraler Schnitt
\vie eine Sperre den gegenseitigen Zusammenhang der Gruppen
in den beiden Teilen aufliist und dadurch auch clen Barkhanseneflekt beeinfluljt. LaBt man eine solche Scheibe in
einem inagnetischen Felcl rotieren, so kann man feststellen,
daW ein illaximurri des Barkhauseneffekt~s eintritt , wenn der
Schnitt die Feldlinien linter 45O passiert.
n'iihrend einer Umclrehung ersclieinen vier aufeinanderfolgende Maxima des Effektes. Uie Vormagnetisierung der
Scheibe in irgendeinem Durchmesser andert die aufgenommenen Oszillogramme ausschlieWlich nur wiilirend der ersten
Viertelumdrehung (vgl. Fig. 17).
T i r d die Scheibe senkrecht zur Richtung des Schnittes
vormagnetisiert, so ist clas innere Gleichgewicht der magnetischen Gruppen besonders unstabil. I n dieser Richtung ist
die Neigung zur Remanenx sehr gering ausgepriigt. Die geringe vorhandene Remanenz verschwindet wiihrend der ersten
T-iertelumdrehung giinzlich, dabei ist ein wesentlich stiirkerer
Barkhauseneffekt ZZI beobachten (Oszillogranim a). Bei einer
Vorniagnetisierung in Richtnng des Schnittes tritt dagegen
cliese VerstLkung des Effektes nicht ein (Oszillogramm b).
Die Oszillogramme beziehen sich auf eiiie Weicheisenscheibe.
Das Feld betrug dabei 45 Gauss.
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A. C'ignzan
Beitrage xum Studium des Barkhuuseneffektes
547
I n einein sehr unstabilen GleichgeJt icht bcfinclen sicli
immer die niagnetischen Gruppen in den Naterialien, die nur
eine sehr schwache Tendenz zur Remanenz haben.
So gibt eine Scheibe aus weichem Eisen, die ruhend
liings eines Durchmessers bis zur SBttigung vormagnetisiert
und dann in einem Feld von 5-6 Gauss gedreht mird, nur
iiri ersten Augenblick wiihrend der ersten Umdrehung einen
starlieri Barkhanseneffekt, cler sehr rrtsch schwiicher w i d , um
schon wiihrend der zweiten Umdrehung fast ganz zu verschwinden.
Ohne Vormagnetisiei-ung bemirkeri so schwache Felder
bei TT’eicheisen nur einen fast vernachliissigbar kleinen Effelrt.
Bei einer Scheibe aus Stahl ist fast gar kein Barkhauseneff ekt zu beobachten, selbst nach einem sechsstufigen Verstiirker, ganz gleich, welchen Feldstkrken inan sie aussetzt.
Trotz der starken Neigung dieses Materials zur Remanenz
verursacht eine Vormagnetisierung in Richtung des Durchmessers keine auch noch so kleine beobachtbare regelnd3ige
InhomogeniUt und hat auch keinen Kinflu6 auf seine Stirke
(Oszillogramm a, Fig. 18).
Schneidet man, wie oben, diese Scheibe entzwei, so aird
der Barkhauseneffekt BuBerst stark und weist Maxima an den
Stellen auf, an denen der Schnitt mit der Feldrichtung einen
Winkel von 45O einschliefit (Oszillogramm b, Fig. 18).
Das Osxillogramm b entspricht einer Vormagnetisierung
parallel zuin Schnitt; bei senkrecht zuin Schiiitt verlaufender
Vormagnetisierung murde Kurve c erhalten. Man erkennt hier
wieder die Zunahme des EfYektes zu Beginn der Umdrehung,
verursacht durch das labile Gleichgen icht der Gruppen. Alle
drei Aufnahmen wurden in einem Feld von 64 Gauss gemacht.
Urn eine geiiauere Tiorstellung von dem EinfluB der Unsymmetrien zu erhalten , murde folgender Versuch durchgefiihrt: Es wurden nacheinander die Spannungen am Eingang
und am Ausgiing des Verstiirkers aufgenommen. Die Spannuiigen, die in der Prufspule iiifolge tler Unsymmetrien und
rler damit verbundenen FluWanderungen induziert merden,
liegen unter der Einpfindlichlieit des Oszillographen. I)agegen kiinnen die DiskontinuitUten in der Magnetisierung gut
aufgezeichnet xverden. Andererseits ist die Freqnenz der
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A. Cisman
Beitrage xum Studium des Barkhauseneffektes
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A. Cisman
Strome, die durch die Unsymmetrien verursacht u-erden, so
tief, dal3 sie mit dem oben erwahnten Verstarker nicht mehr
Yerstiirkt werden konnen. Man kann sie auf diese T e i s e von
den Stromen trennen, die direkt von den Diskontinuitaten der
Nagnetisierung verursacht werden und dem Barkhauseneffekt
entsprechen. Es ist zu bemerken, da8 die ersteren dem Integralwert der letzteren entsprechen.
Das Oszillogramm a in Fig. 19 entspricht den Spannungen,
die in der Priifspule infolge der magnetischen Unsymmetrien
einer geteilten und m-ieder zusammengeloteten Nickelscheibe
induziert M urden, die in Richtung des Schnittdurchmessers
bis zur Sattigung rornzagnetisiert \bar. Hier tritt der unverstyirkte Barkhauseneffekt in Form VOKI kleinen Zncken in Erscheinnng, die an den Stellen tler Maxima und Minima starker
ausgepragt sind.
Oszillogramm b entspricht dem Barkhauseneffekt, der unter
gleichen Bedingungen am Ausgang des Verstarkers aufgenommen
wurde. Die Kurven zeigen, dal3 der Rarkhauseneflekt an allen
den Stellen starker ausgeprggt ist, an denen die infolge der
Unsyininetrien induzierte Spannung (Fig, 19 a) einen niaxiirialen
oder minimalen Wert anniiiimt, d. h. wo sich der die Spannung e hervorrufende KraftfluB @ am stiirksten zeitlich Sindert.
E:s ist j a e = w
d@
~~
at
*
Die eben erwahnten Aufnahmen xurden rnit einer Goldsaite ron 5 ,u Durclimesser gemacht. Die E’eldstiirke war dabei
30 Gauss.
Entsprechende Aufnahmen fur eine geteilte Scheibe
aus FeSi geben die Oszillogramnie der Fig. 20 (Feldstiirke
45 Gauss).
Zusammenfassung
Es wnrde der Barkhanseneffekt in ltreisformigen Scheiben
aus ferromagnetischen Stoffen, die man in einem Magnetfeld
clreht, untersucht untl dabei festgestellt:
1. Es gibt einen toten T i n k e l , innerhalb dessen eine
hin- und hergehende Ben egung der Xcheibe keinen Barkhauseneffekt ergi bt.
2. Dieser Winkel 2 cc, der als der doppelte Winkel y
betrachtet werden kann, den der Feldvektor und der Vektor
Beitrage zum Studium des Barkhauseneffektes
851
der Induktion einschlieflen, murde gemessen und dabei festgestellt, daB er bereits, bevor die Siittigung erreicht wird,
praktisch vernachliissigbar klein wird, indern er sich a s p ptotisch dem Vrert Null nahert.
3. Der Winkel 2u ist unabhkngig Ton der Geschwindigkeit der Bewegung.
4. Es wurde der Barkhauseneffekt in Scheiben aus verscliiedenen ferromagnetischen Materialien nacli vorheriger
Detektorgleichrichtung mit dem Galvanometer geinessen und
es wurde gefunden, daW er bei einer bestiniinten, von der
Umlaufgeschwindigkeit ganz unabhiingigen Feldstiitrke, einen
maximalen X'ert annimmt.
5. Das Maximum des Barkhauseneffektes tritt bei Feldern
auf, die bedeutend schwiicher sind als das, bei dem die Sattigung eintritt. Lange bevor die SBttigung erreicht w i d , ist
der Effekt schon wieder praktisch Kull. Daraus folgt, daW
bei Siittigung die Hysteresimerluste ebenfalls verschwinden.
6. Rei konstanter Feldstiirke nimmt der Rarkhauseneffekt
mit der Umlaufgeschwindigkeit zu.
7 . Es wurden Oszillogramine rom Barkhauseneffekt aufgenonimen und der EinfluB ron Unsymnietrien untersucht.
8. I n Scheiben, die wegen des ferroinagnetischen Verhaltens des Materials nur einen iiul3erst schwachen Barkliauseneffekt ergeben, konnen bestiininte geometrische Unsyminetrien diesen Effekt bedeutend verstiirken.
Die vorliegende Arbeit wurde im lnstitut fur Schwachstroiiiteclinik der Techn. Hochschule zu Dresden ausgefuhrt.
E s ist mir eine sehr angenehnie Pflicht, Hrn. Prof. Dr.
H a r k liau s e n , der mir das Thenia vorsclilug, aufrichtig zu
danken f u r das wohlwollentle lnteresse, das er meiner Arbeit
entgegenbrachte.
Ferner danlie ich der ,,Sotgemeinschaft der Deutschen
IVissenschaft" f'iir die Uberlassung des E d e l m a n n s c h e n
Galranometers, init dem die Osxillogramme aufgenommen
wurden.
(Eingegangen 30. J u l i 1930)
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