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Der Elastizittsmodul ferromagnetischer Stoffe in Abhngigkeit von der Temperatur und vom Magnetfeld.

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0. Engler. Der Elastizitatsmodul ferromngnetischer Stoffe usto.
145
Be?* EZastixiti%srnoduZ ferromagnetischer Stoffe
i m AbhcXmqz'ykedt von cler Temperatur
wnd vom Haynetfeld I)
Vom 0. E m g l e r
(Mit 21 Abbildungen)
Einleitung
Ober die Temperaturabhangigkeit des ,,A E-Effektes", d. h. der
h d e r u n g des Elastizitatsmoduls (EM.) ferromagnetischer Stoffe in
Abhangigkeit vom Magnetfeld, liegen nur wenige Untersuchungen
vor. Die Beziehungen zwischen dem EM., der EigenspannungsgroBe ui, der Magnetisierung und der Magnetostriktion wurden auf
Grund der Beckerschen Theorie des Magnetismus von M. K e r s t e n B )
aufgestellt. Die experiinentellen Ergebnisse an Nickel von E. Gi e b e
und E. Rlechschmidt3) und 0. v. Auwers4) bestatigen diese theoretischen Beziehungen.
Die h d e r u n g des EM. in Abhangigkeit vom Magnetfeld, der
,,A E-Effekt", ist nach K e r s t en definiert :
A E = E, - E
wobei, E , den EM. im magnetisch gesattigten Zustand und E den
im jeweils vorhandenen magnetischen Felde bedeuten. Fur die
h d e r u n g des EM. gilt:
oder
AE
falls << 1 .
4
1) Dissertation der Mathernatisch-Naturwissenschaftlichen Fakultat der
Universitat Jena.
2) M. K c r s t e n , Ztschr. f. Phys. 56. S. 708. 1933; Ztschr. f. Metallkde.
27. S. 97. 1935.
3) E. G i e b e u. E. B l e e h s e h m i d t , Ann.d. Phys. 151 11. S. 905. 1931.
4) 0. v. A u w e r s , Ann. d. Phys. [5] 17. S. 83. 1933.
Annalen der Physik. 5. Bolge. 31.
10
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 31. 1938
3 46
Nach R. B e c k e r und liil. Kersten’) gilt fiir die Anfangssuszeptibilitat q,bei Nickel folgende Beziehung:
(3)
wobei
J , die Sattigungsmagnetisierung,
2, die Sattigungsmagnetostriktion,
gi die EigenspannungsgrGBe
bedeuten.
Durch Einsetzen der Beziehung fur die Anfangssuszeptibilitat
in (1) oder (2) eliminiert sich ci:
Die vereinfachte Beziehung (5) wurde von K. X a k a m u r a 2 ) in
dem System Fe-Ni bei Zimmertemperatur im reversiblen Gebiet
bis zu 40°/,Nickel qualitativ bestatigt. Im folgenden galt es nachzupriifen, wie sich der d E-Effekt bei hoheren Temperaturen verhalt.
im besonderen wie weit die von K e r s t e n aufgestellten Beziehungen
erfiillt sind.
MeBmethode
Als MeBmethode wurde fur die Untersuchungen ein von
0. v. A u w e r s 3, angegetenes Verfahren benutzt, nach welchem die
Abb. 1. Schematische Meflanordnung
in der Mitte eingespannten Versuchsstabe an den Enden durch
Aufsetzen von Endplatten mit Hilfe von Topfmagneten zu longitudinalen Schwingungen angeregt wurden.
1) R. B e c k e r u. M. K e r s t e n , Ztschr. f. Phys. 64. S. 660. 1930.
21 K . N a k a m u r a , Ztschr. f. Phys. 94. S. 707. 1935.
3) 0. v. A u w e r s , a. a. 0.
0. Engley. Der Elastizitiitsrnodub ferromagnetischer Stoffe mw.
147
Das Schaltschema zeigt die MeBanordnung. Durch die Schwingungen des Stabes S wird in der Wicklung des Topfmagneten T ,
eine EMK. induziert, die durch die Verstarker V , iind V , dem
erregenden Topfmagneten T , eine verstirkte Spannung aufuhrt, so
daB der Stab in seiner longitudinalen Eigenfrequenz selbsterregte
Schwingungen ausfiihrt. Zwischen Vl und V , wurde ein S ie me n s scher Schleifenoszillograph angeschlossen, der zur Aufzeichnung der
Stabfrequenz diente. Eine vergleichbare Normalfrequenz lieferte
eine Rohrenstimmgabel mit einer Frequenz von 1000 Hz.
Durch die experimentell ermittelte Eigenfrequenz des Versuchsstabes la& sich mit Hilfe der Beziehung:
der Elastizitatsmodul E bestimmen.
Hierbei bedeuten:
f die Eigenfrequenz, 1 die Lange (cm) und s die Dichte des Probestabes.
Infolge der groBen Verstarkung war es moglich, die Endplatten
so klein auszubilden, daB die Korrektion, die der EM. dadurch
erfahrt, vernachlassigbar klein wurde. Die Endplatten waren 1 mm
stark und hatten denselben Durchmesser wie der Priifstab. Sie
waren aus weichem Eisen hergestellt, wodurch es moglicli wurde,
bei Nickel und einigen Legierungen noch Messungen oberhalb des
Curiepunktes (CP.) auszufuhren, da Eisen bei dieser Temperatur
noch ferromagnetisch ist.
Um die erforderlichen Temperaturen zu erzielen, wurde der
Prufstab S und die beiden Topfmagnete T , und T , in das Innere
eines Rijhrenofens gesetzt.
Abb. 2. Anordnung des Prufstabes im Magnetfeld
Die Skizze stellt die Snordnung im Schnitt dar. Der Stab X
wird durch die kegelformigen Spitzen von drei Schrauben gehalten,
die i n einem Futter aus Messing senkrecht zur Stabachse zentral
angeordnet sind. Diese Anordnung einschlieBlich des Elektroofens 0
befindet sich im Innern eines doppelwandigen Rohres W , das durch
Wasser gekuhlt mid. M stellt die magnetisierende Feldspule dar.
Um die elripfindlichen Wicklungen der Topfmagnete zu schutzen,
wurden diese ebenfalls mit kleinen Kuhlmanteln versehen.
10*
Annalen der Ph ysik. 5. Folge. Band 31. 1938
148
Elektroofen und Temperaturcerlauf. Die Ofenwicklung bestand
aus bifilar gewickeltem Chromnickelband, das in Asbest eingebettet
war. Den inneren mechanischen Halt gab ein diinnwandiges Messingrohr von 33 mm Innenweite. Die Warmemenge, die den Stabenden
durch die gekuhlten Topfmagnete entzogen wurde, konnte durch
entsprechende Ausfuhrung der Heizwicklung (Temperaturkompensation)
ausgeglichen werden. Die Wicklung bestand aus drei Teilwicklungen,
von denen die beiden %uDeren doppellagig bifilar gewickelt waren.
Die Messung der Temperaturverteilung erfolgte durch sieben auf
die gesamte Lange des Stabes verteilte Thermoelemente.
7
Abb. 3. Temperaturverteilung llngs des Prtifstabes
Das Kurvenbild gibt die Temperaturverteilung langs des Stabes
wieder. Die grogten Abweichungen zwischen Stabmitte und -ende
machten bei den hBchsten Temperaturen nicht mehr als 20/,, aus.
Nachdem so einmal die Temperaturverteilung experimentell bestimmt war, wurde wahrend der Messungen die Temperatur nur im
Einspannfutter gemessen, um dem Stab ein freies Schwingen zu
ermoglichen. Der Abstand der Topfmagnete von den Endplatten
des Versuchsstabes war etwa 0,5 mm und konnte von beiden Seiten
durch Mikrometerschrauben heliebig eingestellt werden.
Magneffefeld. Die Feldspule gestattete magnetische Feldstarken
bis zu etwa 600 Oe herzustellen. Die Feldverteilung langs des
Stabes wurde experimentell nachgepruft und ergab an den Enden
eine Abnahme der Feldstarke um etwa 2
Der Feldspnle waren
an den Enden kleine Kompensationswicklungen aufgesetzt.
Entmagnetisierung. Wegen des groden Stabdurchmessers wurde
bei samtlichen Untersuchungen mit einer Frequenz von 10 Hz entmagnetisiert. Der 10-Perioden Wechselstrom wurde durch eine
besondere Maschine, im Prinzip einer ,,rotierenden Briickenanordnung((,
0. Engbr. Der Elastixitiitsmodd ferrornagnetischer Stoffe usw.
149
aus Gleichstrom hergestellt. Die Entniagnetisierung erfolgte durch
den bekannten Entmagnetisierungsapparat nach G u m l i c h und
Rogo w ski.
Magnetisierung und Anfangssusxeptibilitat. Die Bestimmung
der Magnetisierung erfolgte nach der ballistischen Methode mit
Hilfe einer einlagigen Induktionsspule. Die Spule mit etwa 50 Windungen war auch f u r hohere Temperaturen kurzschlu6frei in
Glimmerisolation auf ein Hartglasrohr von 13 mm auBerem Durchmesser gewickelt. Fur die entsprechende Bestimmung der Anfangssuszeptibilitat diente eine ahnliche mehrlagige Probespule mit insgesamt 2000 Windungen, so daB noch bei Feldern von 0,03 Oe
sichere Messungen ausgefuhrt werden konnten. Dadurch war eine
sichere graphische Interpolation fur H = 0 moglich.
Ergebnisse
U n t e r s u c h u n g e n an N i c k e l
Vorbehandlung. Samtliche Versuchsstabe hatten eine LBnge
von etwa 500 mm und einen Durchmesser von 10 mm. Fur die
Untersuchungen an Nickel stand eine Probe von den Ver. Nickelwerken (Schwcrte) zur Verfiigung. Die im Anlieferungszustand
,,weich" befindliche Probe zeigte bei Zimmertemperatur fur den
entmagnetisierten und magnetisch gedttigten Zustand einen A EEffekt von 3
Nach 2 stiindigem Gluhen bei etwa 700° C und
Iangsamer Abkuhlung erhohte sich AEIE auf etwa 6,3 "lo. Mit der
so vorbehandelten Probe wurden alle weiteren Untersuchungen an
Nickel ausgefuhrt. Die Probe hatte einen Reinheitsgrad von etwa
99
Ni.
G i e be und B l e c h s c h m i d t und N a k a m u r a erhalten an ihren
Proben einen grogeren AE-Effekt (etwa 17 Ole), was wahrscheinlich
durch groBeren Reinheitsgrad der Probe und eine entsprechend sorgf Utige thermische Vorbehandlung verursacht worden ist.
Mepergebnisse. Die Abb. 4 zeigt die Abhangigkeit des EM.
von der Temperatur bei verschiedenen Feldstarken als Parameter. Die xnderung des EM. znischen gesattigtem und entmagnetisiertem Zustand weist bei 125O C ein Maximum auf, um dann
mit Annaiherung a n die Curietemperatur zu verschwinden. Die
EM.-Temperaturkurve zeigt am Curiepunkt einen Knick, der schon
wiederholt festgestellt und von K e r s t e n l) theoretisch begriindet
wurde.
1) M. K e r s t e n , Ztschr. f.Phys. a. a. 0.
150
Annalen der Physik. 5 . Folge
Band31. 1938
Each Fertigstellung
dieser Messungen wurden
von S. S i e g e l und S.L.
Quimbyl)Ergebnisse veroffentlicht, die mit diesen
Untersuchungen in guter
fjbereinstimmung stehen.
Abb. 5 gibt die Abhangigkeit des A E-Effektes vom magnetischen Feld
bei drei verschiedenen
Temperaturen wieder. Bei
allen Teinperaturen tritt
Hysterese auf. Die Kurve
fur 20 0 C ist qualitativ
in guter Obereinstimmung
mit Messungen
- des d E Abb. 4. Der EM. an Nickel in Abhangigkeit Effektes an Nickel V O n
von der Temperatur und vom Magnetfeld
0. v. Auwers2). Bemerkenswert ist die Abnahme
der Schleifenbreite und die
Verkleinerung der Schleife
mit steigender Temperatur.
Bei hoheren Temperaturen
wird der magnetische
Sattigungszustand bereits
bei kleineren Feldern erreicht.
Fur eine Priifung der
theoretischen Beziehungen
nach K e r s t e n , vgl. die
Formeln (4) und (5), ist
die Kenntnis des Temperaturverlaufes der Anfangssuszeptibilitat und der
Sattigungsmagnetisierung
des untersuchten Nickelstabes notwendig.
1) S. Sie ge l u. S. I>.
Q uimby, Phys. Rev. 49.
Abb. 5. Hysterese des AE-Effektes VOD Nickel
bei drei verschiedenen Temperaturen
s. 663.2) i936O.v.A uw e r s ,a.a.O.
0. Engler. Der Elastixitatsmodul ferromagnetischer Stoffe u s w .
151
Deshalb wurde an derselben Probe der Temperaturverlauf des
A E-Eff ektes, der Anfangssuszeptibilitat x, und der Sattigungsinagnetisierung J , bestimmt (Abb. 6). Die Korrektur von xo durch
den Entmagnetisierungsfaktor macht im Gebiet des Kurvenmaximums
(3450 C) fast 40°/, aus, wahrend sie bei Zimmertemperatur nur
knapp loo/, des gemessenen
Wertes betragt. Die nach
oben ausgebuchtete Form
der s,-Kurve bei etwa 150°C
tritt nur bei weichen, gegliihten Proben auf. Hartes
Nickel zeigt einen glatten,
gleichmagig
ansteigenden
Temperaturverlauf yon so
ohue Ausbuchtung bei 150° C,
mobei die Absolutwerte wesentlich tiefer liegen. Eine
Messung der Temperaturabhangigkeit der Magnetostriktion war im Rahmen
dieser Arbeit nicht moglich.
Diskussion der Mepergebnisse. Eiue theoretische
Abb. 6. Magnetisierungsintensitiit J
Auswertuiig des gefundenen
und Anfangssuszeptibilitat so
Effektes wurde bereits in
in AbhHngigkeit von der Temperatur
der angefuhrten Arbeit von
Siege1 und Q u i m b y im Sinne der Theorie nach N. Akulovl)
versucht. Das auftretende Maximum des d E-Effektes erklaren die
Verf. als ein Sonderverhalten der ,,inneren Reibung", da sie bei
der Bestimmung der Temperaturabhangigkeit der Dampfung ihrer
Probe an der Stelle des Maximums des AE-Effektes ein entspechendes Minimum der Dampfung fanden.
Es war naheliegend, den Verlauf des EM. bei hohercn Temperaturen an Hand der von K e r s t e n aufgestellten Beziehungen
nachzupriifen. F u r die Diskussion der Temperaturabhangigkeit des
A E-Effektes bei Nickel wurde die Beziehung (4)
benutzt, da A EIE, nicht
< 1.
1) N. A k u l o v , Ztschr. f. I'hys. 56. S. 661. 1933.
152
Annaten der Physik. 5. Folge. Band 31. 1938
Die Temperaturabhangigkeit der Magnetostriktion von Nickel
wurde den Untersuchungen von h'. H o n d a und S. S h i m i z u l ) entnommen (Abb. 7).
Abb. 8 zeigt die Temperaturabhangigkeit der theoretischenBeziehung nach K e r s t e n :
(4)
I+
1 ,
'
-
1
~~
9
l + S .
*
x,, E,
J;f,
.
Es zeigt sich, daB diese
berechnete Kurve bis auf einen
temperaturunabhangigen Faktor
Abb. 7. Die Magnetostriktion von
Nickel fur die Peldstiirke X = 600 Oe von f = 0,46 mit den gemessein Abhangigkeit von der Temperatur. nen A E-Werten gut iiberein(Nach H o n d a 11. Shimizu)
stimmt. Die untere ausgezogene
Kurve stellt die mit dem Faktor 0,46 reduzierte theoretische Kurve dar. Die eingezeichneten
Kreuze geben den experimentell bestimmten d E - Effekt wieder.
Die Abweichungen von 300° C aufwarts sind moglicherweise auf
Einflusse des Entmagnetisierungsfaktors, der in diesem
Gebiet eine groBe Korrektion
des x,,bedingt, zuriickzufuhren.
Andererseits mangelt es bei
diesen hohen Temperaturen
an genauen Magnetostriktionsmessungen, was fur diese Diskussion sehr kritisch ist, da
,li quadratisch in die E'ormel
eingeht. Der CP. liegt bei
H o n d a s Magnetostriktionszuu
30u
wu messungen an Nickel hoher
---roc
(etwa 375O C) als bei der hier
Abb. 8. Diskussion von A E / E o
benutzten Probe (355O C).
nach M. K e r s t e n
Dieses Ergebnis stimmt
gut uberein mit Untersuchungen von N a k a m u r a .
N a k a m u r a q untersucht den A E-Effekt von Nickel bei Zimmer1) K. Honda u. S. S h i m i z u , Phil. Mag. 6. 8. 392. 1903.
2) K. Nak'rtmura, a. a. 0.
0. Engler. Der Elastizitutsm.odu1ferromagnetischer Stoffe usw.
153
temperatur und diskutiert seine Ergebnisse an Hand der Formeln
von K e r s t e n . Gepriift wird die vereinfachte Beziehung:
-1. -
AE
9
welche nach K e r s t e n fur ein Ferromagnetikum mit Meinem A E Effekt Gultigkeit hat. Die magnetischen QroBen pol I , und J ,
werden den Arbeiten anderer Verff. entnommen. Die Diskussion
der MeBergebnisse von N a k a m u r a zeigt, daB der gemessene A E Effekt gegeniiber dem theoretisch zu erwartenden Wert um einen
Faktor f = 0,35 zu klein ist.
In der Diskussion von N a k a m u r a wird vernachlassigt, dab bei
der untersuchten Nickelprobe A EIE, nicht
1 ist, da die vereinfachte Formel (6) benutzt wird, die gegeniiber der erweiterten Beziehung :
nur beschrankte Giiltigkeit hat.
Verwendet man dagegen die allgemein giiltige Beziehung (4),
so vergrijEert sich der Faktor von 0,35 auf 0,51, d. h. der theoretische Wert ist etwa doppelt so groB wie der gemessene. Es erschien
darum wertvoll, die in N a k a m u r a s Arbeit mitgeteilten Werte fur
AEIE,, E,, A,, po und J , in die Formel (4)von K e r s t e n einzusetzen und mit den hier vorliegenden Ergebnissen zu vergloichen
(vgl. Tab. 1).
Tabelle 1
_ _
- -
~
AE ' 1 -
- lo3mme
JW
---_____
Nskamurajp1i,8
22'4
.I
I
~-
19,8
6,5
-40
-36
__
1455
1
Ir---
3-
i480 0,17
_--
~
1+
~
~
1 - - 9 l a* x,,* Eo F&or
7-
____
Jd
f
p
-
j
0,063 1
Die Abweichung der beiden Faktoren f = 0,51 und 0,46 wird
durch das in beiden Fallen verschiedene Verhiiltnis
'h
J&
bedingt.
Berechnet man nach K e r s t e n aus der Formel:
0)
AE
--a
Eo
1
_. - 2 h,. E,
1 + 7 - -~
1- _ _
3
rt
die innere EigenspannungsgroEe ui bei verschiedenen Temperaturen,
so erh'alt man folgendes Xurvenbiltl (Abb. 9).
Annalen der Physik. 5. Polge. Band 31. 1938
154
Es zeigt, daB ui zunachst mit ansteigender Temperatur kleiner
wird, um dann zwischen 200 und 300O C einem konstanten Werte
zuzustreben. Die Abweichungen im Gebiete des CP. sind, wie
oben schon erwshnt, auf eine
Unsicherheit von H o n d a s
Magnetostriktionswerten fur
Nickel in dem Temperaturbereich des CP. zuruckzuf uhren.
I
Untersuchungen an Eisen
Weitere Untersuchungen
Abb. 9. Die innere EigenspannungsgrFBe u? wurden an Eisen im Ternperaturbereich von 20-450'
in Abhangigkeit von der Temperatur
c
ausgefiihrt.
Fruhere Mitteilungenl) uber Untersuchungen des EM. an Eisen und seinen
geringen A E-Effekt bei Zimmertemperatur lieBen fiir die Temperaturabhangigkeit keine Besonderheiten erwarten.
Zur Verfugung stand eine
von der Vakuumschmelze Heraeus
gelieferte Eisenprobe (vakuumgeschmolzenes Elektrolyteisen).
Abb. 10 zeigt den Verlauf
des E.M. in Abhangigkeit von der
Temperatur fur das Feld H = 0
und H = 575 Oe. Bemerkenswert
ist die Zunahme des A E-Effektes
mit steigender Temperatur. Bei
45OOC ist AEIE, etwa viermal so
grog wie bei Zimmertemperatur.
Abb. 10. Der EM. von Eisen in
Eine mehrstiindige Gluhbehandlung
Abhangigkeit von der Temperatur
mit
anschliebender langsamer Abfiir die Feldstiirken H = 0
kuhlung
ergab keine Zunahme des
und H = 575 Oe
d E-Effektes.
Tabelle 2
21,6
1
58,l I--10
1
1700
1) 0. v. A u w e r s , a. a. 0.
1
0,003
_____
'
OQ07S
. _
I
\
0,39
0. Engler. Der Elastizitatsmodul ferromagnetischer Xloffe usw. 155
Obwohl die Voraussetzung der Theorie, namlich Richtungsunabhangigkeit der Magnetostriktion bei Eisen nicht erfiillt ist,
wurde eine Priifung der Formel (5)
LtE
da __
Q 1, auch fur Eisen versucht.
Eo
Die Wcrte fur 2, und J ,
murden der zusammenfassenden Darstellung von Nakamura') entnommen. A E/Eo, der EM. E, und die Anfangssuszeptibilitat xo
wurden an vorliegender Eisenprobe bestimmt. Es ergibt sich annahernd dieselbe zahlenmaBige Abweichung von der Formel wie bei
Nickel.
U n t e r s u c h u n g e n an Eisen-Nickel-Legierungen
Das anomale Verhalten des . A E-Effektes von Nickel bei
hoheren Temperaturen gab Veranlassung, Untersuchungen der Temperaturabhangigkeit des d E-Effektes im reversiblen Bereich des
Systems Fe-Ni durchzufuhren.
Die Behandlung der von der Vakuumschmelze Heraeus gelieferten Probest'abe war folgende:
Die Proben wurden zunachst im Anlieferungszustand ,,hart" bei
hoheren Temperaturen einschlieBlich des CP. untersucht. Es ergab
sich in diesem Falle nur ein kleiner LIE-Effekt. Darauf wurden
die Stabe einer 5stiindigen Gluhung bei etwa 700° C unterzogen
und uber 3 Std. langsam auf Zimmertemperatur abgekiihlt. Die
Gliihtemperatur wurde deshalb so niedrig gewahlt, weil bei binaren
Eisenmischkristallen (Fe-Ni) in diesem Temperaturgebiet die Erholungsfahigkeit der mechanischen Harte a) nach der Kaltbearbeitung
einen Sattigungswert erreicht hat, so dab keine Abnahme des EM.
durch eine weitere Steigerung der Qliihtemperatur zu erwarten ist.
Fe-Ni 93. AnschlieBend an Nickel wurde eine Legierung mit
93O/, Nickel (930/, Ni, 6,5O/, Fe, 0,4O/,Mn, O,lo/o Si) untersucht.
Die Uarstellung 11 gibt das Verhalten des EM. in gegluhtem
und hartem Zustande wieder. Der Gliihvorgang bewirkt eine erhebliche VergroBerung des AE-Effektes. Abb. 12 zeigt das Verhalten des EM. in Abhangigkeit von der Temperatur bei verschiedenen Magnetfeldern nach dem Gliihen. Wie bei der Nickelprobe
ist auch bei dieser Legierung noch ein Maximum des dE/Eo vorhanden, jedoch ist es etwas flacher. Um die Lage des CP. nach1) K. N a k a m u r a , a. a. 0.
2) G. Tammann u. V. C a g l i o t i , Ann. d. Phys. [5] 16. S. 680. 1933.
156
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 31. 1938
zupriifen, wurde im Temperaturbereich des CP. die Magnetisierung
bestimmt und in Abb. 12 zum Vergleich mit eingezeichnet (gestrichelt).
Abb. 11. Der EM. an Fe-Ni 93 in Abhangigkeit von der ‘I’emperatur
fir H = 0 und H = 575 Oe. a) gegluht, b) hart
Abb. 12. Der EM. an Fe-Ni 93 in Abhiingigkeit von der Temperatnr
bei verschiedenen Feldstiirken
0. Engler. Der Elastixitatsmodul ferrowiagnetischer Stojje usw. 157
Abb. 13 zeigt die Hysterese des LIE-Effektes bei drei verschiedenen Temperaturen. Die drei Kurvenbilder zeigen wiederum
eine Verkleinerung der Schleife mit zunehmender Temperatur. Eine
Remanenz konnte innerhalb dE
der MeBgenauigkeit nicht f
iT=378 uc
festgestellt werden.
Fe-Ni 78,5. Uber das
---HfOerrSr/
Verhalten des EM. in Ab2 . I I I i L
10
20
30
#
59lXJL?%'XVW&W#Q
hangigkeit von der Magnetisierung bei einer Fe-NiQoJ
Legierung von etwa der llos
Zusammensetzung des Permalloy sind in der Literatur UQq
wenig Angaben vorhanden.
8. S i e g e l und S. Rosin')
: p r
. - L l
-L-.LL
finden fur ein Permalloy
20
30
#
MlW
(81 Nickel) ein dE/E,, von
0,26O/,, im gehhteten Zustand 0,11
Untersucht wurde eine
Probe von der Zusammensetzung 78,5O/, Ni, 21°/, Fe, 002
0,4O/,Mn, 0,l O l i o Si. Die
thermische Vorbehandlung
-h"Oersfl
war dieselbe, wie oben beAbb. 13. Hysterese des A E-Effektes
sehrieben, da eine sogenannte
von Fe-Ni 93
permalloybehandlung durch
bei drei verschiedenen Temperaturen
Messungen im Temperaturgebiet des CP. wieder hinfallig geworden ware. Die Legierung zeigt
im Anlieferungszustand bei 20° C ein AE/Eovon 0,4°/0.Dieser Wert
vergroBert sich nach der Gluhbehandlung auf 1.4O/, (vgl. Abb. 14).
Der A E-Effekt verschwindet mit steigender Temperatur allmahlich.
Eine Bestimmung des CP. war in diesem Falle nur durch gleichzeitige Bestimmung der Magnetisierung moglich. Bemerkenswert ist,
daB nach der Gluhung der EM. sich betrachtlich vergrogert hat.
Fe-Ni 50. Eine Legierung dieser Zusammensetzung zeigt
gegeniiber anderen Eisen-Nickel-Legierungen nach den Ergebnissen
von N a k a m u r a q bei Zimmertemperatur ein Maximum des A EEffektes. Der Gluhvorgang bewirkt bei 20° C eine Zunahme des
1) 8. S i e g e l u,. S. R o s i n , Phys. Rev. 49. S. 863. 1936.
2) K. N a k a m u r a , a. a. 0.
158
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 31. 1938
AEIE, von 2,0°/, auf 7,3OI0 (Abh. 15). N a k a m u r a findet dagegen
ein d E / E , von 6,0°/,.
--TOC
Abb. 14. Der EH. an Fe-Xi 78,5 in Abhangigkeit von der Temperatur
bei verschiedenen Feldstarken. a) gegliiht, b) hart
Abb. 15. Der EM. von Fe-Ni 50 in hbhangigkeit von der Temperatur
fur H = 0 und H = 464 Oe. a) gegliiht, b) hart
0. Engler. Der Elastizitatsmoclul ferromagnetischer Sbffe usw.
159
Abb. 16. Der EM. von Fe-Ni 50 in Abhangigkeit von der Temperatur
bei vei-schiedenen Feldstarken
Abb. 16 zeigt die Temperaturabhangigkeit des EM. bei verschiedenen Feldstarken. Die Lage des CP. wird ebenfalls durch
Messung der Magnetisierung
bestatigt. Der CP. liegt bei
dieser Legierung etwa 75O C
hoher als er von K.Honda')
angegeben wird.
Sbb. 1 7 zeigt noch drei
Hystereseschleifen des d EEffektes bei verschiedenen
Temperaturen. Die Schleife
wird hier aufierordentlich
schmal.
Fe-Ni 42. Weiter wurde
eine Legierung mit der Zusammensetzung 58
Fe,
42 O l 0 Ni untersucht. I n ihren
charakteristischen Eigenschaften naihert sie sich bereits dem Typ der Invare.
Wie von J. Mc I d e 2 ) gezeigt,
haben derartige Legierungen
1) K. H o n d a , Magnetic
Properties of Matter. 1928.
2) J. M c I d e , Proc. Inst.
Rad. Eng. 22. S. 177. 1934.
Abb. 17. Hysterese des A E-Effektes
von Fe-Ni 50
bei drei verschiedenen Temperaturen
160
Annalen der Physik. 5 . Folge. Band 31. 1938
einen positiven Temperaturkoeffizienten des EM., wie in Abb. 1s
aus der andersartigen Kurvensteigung eersichtlich ist. Interessant
ist die Tatsache, daB der Temperaturkoeffizient des EM. bei magnetischer Sattigung am CP. sein Vorzeichen andert.
I
I
I
i
l
.100
\
I
I00
I
m
I
300
b
-roc
w
Abb. 18. Der EM. von Fe-Ni42 in Abhangigkeit von der Temperatur
fur verschiedene Feldstarken
Dislcussion der Messungen der Fe-Ni-Legierungen. Ein Vergleich der MeBergebnisse mit theoretischen Beziehungen wie bei
Nickel ist unter den gegenwartigen Voraussetzungen nicht ausfuhrbar, da die Magnetostriktion von Eisen-Nickel-Legierungen in
Abhangigkeit von der Temperatur noch nicht bekannt istl). Andererseits war es unter diesen Versuchsbedingungen bei einem Dimensions1
verhaltnis = 50 wegen des grogen Entmagnetisierungsfaktors nicht
moglich, bei diesen Legierungen Anfangssuszeptibilitaten genau zu
bestimmen.
Durchfiihrbar ist eine Abschatzung bei Zimmertemperatur unter
Benutzung der Ergebnisse anderer Verff., wie es N a k a m n r a versuchte. Dieses Verfahren ist jedoch auBerordentlich unsicher, da
fur verschiedene Proben die innere Eigenspannungsgroge bi einen
anderen Wert haben kann , wovon natiirlich die Anfangssuszeptibilitat 2, abhangt. Eine Abschatzung vorliegender Ergebnisse im
Sinne der Theorie nach K e r s t e n ergibt daher auch m r eine groBenordnungsmaBige fibereinstimmung ( & 30°/, Abweichung).
Schwierigkeiten fur die Auswertung magnetoelastischer Untersuchungen im System Fe-Ni entstehen dadurch, daB genaue Messungen der Magnetostriktion, des A E-Effektes und der Anfangssuszeptibilitat in Abhangigkeit von der Temperatur vorliegen miissen.
Die Bestimmung des A E-Effektes setzt eine obere Grenze des
1
Dimensionsverhaltnisses der Probe von etwa = 100, weil sonst die
.-
d
1) Messungen des Temperaturverlaufes der Magnetostriktion der Fe-NiLegierungen sind im hiesigen Institut im Gange und werden in ICurze in der
Dissertation von H. J a y veroffentlicht werden.
0. Engler. Der Elastizitatsmodul ferromagnetischer Stoj’fe usw.
161
experimentellen Verhaltnisse zu ungunstig werden. F u r die Messung
der Anfangssuszeptibilitat ist aber ein noch groBeres Dimensionsverhaltnis des Probestabes erforderlich, urn den Entmagnetisieruugsfaktor in kleinsten Grenzen zu halten. Diese zwei Proben gleicher
Zusammensetzung, aberverschiedenen DimensionsverhHltnisses, mugten
die gleiche thermische Vorgeschichte haben, um gleiche innere
SpannungsgroBen aufzuweisen.
Untersuchungen a n K o b a l t
Eine Sonderstellung unter den Ferrornaguetika nimmt Kobalt
durch seine allotrope Umwandlung ein. Beide Kristallsysteme sind
ferromagnetisch. Eine Untersuchung des A E-Effektes bei hoheren
1
700
’270
300
WO
w
780
--roc
Abb. 19. Der EM. von Kobalt in Abhiingigkeit von der Temperatur
fur H = 0 und H = 575 Oe
Temperaturen wurde bisher noch nicht durchgefuhrt. AuBerdem
war von N a k a m u r a ’ ) innerhalb seiner MeBgenauigkeit keine Abhangigkeit des EM. von der Magnetisierung hei Zimmertemperatur
festgestellt worden.
Abb. 19 zeigt den Verlauf des EM. fur H = 0 und H = 575 Oe
in Abhbgiglreit von der Temperatur. Die eingezeichneten Pfeile
geben den Verlauf des EM. fur zunehmende bzw. abnehmende
Temperatur an. Die Kurvendarstellung ergibt, daB ein meBbarer
d E-Effekt bei Kobalt sich durch das ganze Temperaturgebiet verfolgen labt, und da8 er nach der allotropen Umwandlung e t a a
1) K. N a k a m u r a , Sc. Rep. Tohoku Univ. 24. S. 303. 1935.
11
Annalen der Physik. 5 . Folge. 31.
162
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 31. 1935
doppelt so groM ist. Eine Gliihbehandlung hatte keine VergroBerung des Effektes zur Folge.
Wie dem Verf. erst nach AbscliluB seiner Arbeiten bekannt
wurde, erschien gegen Ende 1936 voii N a k a m u r a l ) eine Mitteilung
iiber die Temperaturabhangigkeit des EM. von Kobalt, die einen
entsprechenden Verlauf zeigt. Der Temperaturunterschied der beiden
1
#
Abb. 21. Die Anfangssuszeptibilitat 2, von Kobalt
in AbhCngigkeit von der Temperatur
Umwandlungspunkte an dieser Probe ist groBer als bei N a k a m u r a , was nach Untersuchungen von A. S c h u l z e 2 ) von dem Reinheitsgrad der betreffenden Probe abhangen kann.
-4,uMerdem wurde die Magnetisierungsintensitat fur H = 575 Oe
(Abb. 20) und die Anfangssuszeptibilitit (Abb. 21) in Abhangigkeit
von der Temperatur bestimmt.
Zusammenfassung
Es wird eine MeBmethode beschrieben, welche gestattet, den
EM. ferromagnetischer Stoffe in Sbhangigkeit von der Temperatur
1) K. N a k a m n r a , Prof. K. H o n d a Anniversary Volume 1. Ser. S. 146
bis 157. Oktober 1936.
'3 A. S c h u l z e , Ztsrhr. d. Yw. d. Ing. 76. 8. 108. 1932.
0. Engler. Der Elastizitatsmodul ferromagnetischer Stof'e
usw.
163
und vom Magnetfeld zu bestimmen. Die Versuchsstabe werden zu
longitudinalen Schwingungen nach der Selbsterregungsmethode angeregt.
1. F u r Nickel zeigt die Anderung des EM. bei etwa 125O C
ein Maximum des AE-Effektes. Auf Grund der theoretischen Beziehungen nach K e r s t e n wird eine Diskussion der MeBergebnisse
durchgefuhrt, die fur Nickel bei hoheren Temperaturen bis auf einen
konstanten Faktor gute Ubereinstimmung mit den theoretischen
Formeln ergibt, Mit den Ergebnissen von N a k a m u r a besteht fur
Nickel bei Zimmertemperatur quantitative obereinstimmung.
2. Der AE-Effekt fur Eisen zeigt in dem untersuchten Temperaturgebiet keine Besonderheiten.
3. Es wurden vier Eisen-Nickel-Legierungen untersucht :
a) Fur Fe-Ni 93 ist bei 125O C noch ein ausgepragtes flaches
Maximum des A E-Effektes vorhanden.
b) Fe-Ni 78,5 zeigt nur eine geringe Anderung des EM. im
Magnetfeld. Bei Zimrnertemperatur ergaben sich fur den d E-Effekt
in hartem Zustand etwa 0,4O/,,nach der Qluhung etwa 1,4°/0.
c) An Ye-Ni 50 erreicht der LIE-Effekt bei Zimmertemperatur
seinen grogten Wert von etwa 7,3O/,.
d) Bei Fe-Ni 42 andert der Temperaturkoeffizient des EM. am
CP. sein Vorzeichen.
4. Der Verlauf des EM. an Kobalt in Abhangigkeit von der
Temperatur zeigt im Gebiet der allotropen Umwandlung eine Temperaturhysterese, die sich auch in der MagnetisierungsintensitBt und
Anfangssuszeptibilitat bemerkbar macht.
Diese Arbeit wurde im Technisch-Physikalischen Institut der
Universitat Jena ausgefuhrt. Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn
Staatsrat Prof. Dr. A. E s a u , bin ich fur sein forderndes Interesse
an dieser Arbeit zu groBem Dank verpflichtet. Herrn Dr. E. A h r e n s ,
der die Anregung zu dieser Arbeit gab und die Ausfuhrung derselben leitete, gilt inein besonderer Dank fur viele wertvolle Ratschlage.
J e n a , Technisch-Physikalisches Institut, im Marz 1937.
(Eingegangen S. Oktober 1937)
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