Войти
Копия оригинального аппарата Баркгаузена, состоящая из железного стержня с обмоткой провода вокруг него (в центре) с катушкой, подключенной через ламповый усилитель (слева) к наушнику (не показан). Когда подковообразный магнит (справа) вращается, магнитное поле через железо меняется с одного направления на другое, и в наушниках слышен потрескивающий шум Баркгаузена. 
Намагничивание (Дж) или магнитный поток кривая плотности (B) как функция напряженности магнитного поля (H) в ферромагнитном материале. На вставке показаны скачки Баркгаузена. 
Происхождение шума Баркгаузена: при движении доменная стенка зацепляется за дефект в кристаллической решетке, а затем «проскакивает» мимо него, создание внезапного изменения магнитного поля. Эффект Баркгаузена - это название, данное шуму в выходном магнитном поле ферромагнетика при изменении приложенной к нему силы намагничивания. Обнаруженный немецким физиком Генрихом Баркхаузеном в 1919 году, он вызван быстрыми изменениями размера магнитных доменов (аналогично магнитно ориентированных атомов в ферромагнитных материалах).
Работа Баркгаузена в акустике и магнетизме привела к открытию, которое стало основным экспериментальным доказательством, подтверждающим доменную теорию ферромагнетизма, предложенную в 1906 году Пьером-Эрнестом Вайсом. Эффект Баркгаузена представляет собой серию внезапных изменений размера и ориентации ферромагнитных доменов или микроскопических кластеров выровненных атомных магнитов (спинов ), происходящих во время непрерывного процесса намагничивания или размагничивание. Эффект Баркгаузена явился прямым доказательством существования ферромагнитных доменов, что ранее предполагалось теоретически. Генрих Баркгаузен обнаружил, что медленное, плавное увеличение магнитного поля, приложенного к ферромагнитному материалу, например железу, заставляет его намагничиваться не непрерывно, а с небольшими шагами.
Когда внешнее намагничивающее поле проходит через кусок ферромагнитный материал изменяется, например, перемещая магнит в сторону или от стержня железа, намагниченность материала изменяется в виде серии прерывистых изменений, вызывая "скачки" «в магнитном потоке через железо. Их можно обнаружить, намотав катушку провода вокруг шины, прикрепленной к усилителю и громкоговорителю. Внезапные изменения намагниченности материала создают в катушке импульсы тока, которые при усилении создают звук в громкоговорителе. Это издает потрескивающий звук, который можно сравнить с разворачиваемой конфетой, Rice Krispies или звуком костра. Этот звук, впервые обнаруженный немецким физиком Генрихом Баркгаузеном, называется шумом Баркгаузена . Подобные эффекты можно наблюдать, прикладывая только механические напряжения (например, изгиб) к материалу, помещенному в катушку обнаружения.
Эти скачки намагниченности вызываются дискретными изменениями размера или вращением ферромагнитных доменов. Домены изменяют размер из-за того, что доменные стенки перемещаются внутри кристаллической решетки в ответ на изменения магнитного поля, за счет процесса изменения спина диполей вблизи стенки для выравнивания со спинами в соседнем домене. В идеальной кристаллической решетке это может быть непрерывный процесс, но в реальных кристаллах локальные дефекты в решетке, такие как примесные атомы или дислокации в структуре, образуют временные барьеры для изменения спина, заставляя доменную стенку зависать на дефект. Когда изменение магнитного поля становится достаточно сильным, чтобы преодолеть локальный энергетический барьер на дефекте, это приводит к тому, что группа атомов сразу меняет свой спин, поскольку доменная стенка "проскакивает" мимо дефекта. Это внезапное изменение намагниченности вызывает кратковременное изменение магнитного потока через стержень, которое улавливается катушкой как «щелчок» в наушнике.
Потери энергии из-за движения доменных стенок через эти дефекты вызывают гистерезисную кривую ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой часто имеют больше этих дефектов, поэтому они производят больше шума Баркгаузена для данного изменения магнитного потока, в то время как материалы с низкой коэрцитивной силой, такие как слоистые пластинки трансформатора из кремнистой стали, обрабатываются для устранения дефектов, поэтому они производят небольшой шум Баркгаузена.
Установка для неразрушающего контроля ферромагнитных материалов: зеленый - намагничивание ярмо, красный - индуктивный датчик, серый - образец под Величина шума Баркгаузена для данного материала связана с количеством примесей, кристаллических дислокаций и т. д. и может быть хорошим показателем механических свойств таких материал. Следовательно, шум Баркгаузена можно использовать как метод неразрушающей оценки ухудшения механических свойств в магнитных материалах, подверженных циклическим механическим напряжениям (например, в трубопроводном транспорте ) или высокоэнергетические частицы (например, ядерный реактор ) или материалы, такие как высокопрочные стали, которые могут быть повреждены при измельчении. Принципиальная схема простой неразрушающей установки для этой цели показана справа.
Шум Баркгаузена также может указывать на физическое повреждение в тонкопленочной структуре из-за различных процессов нанопроизводства, таких как реактивное ионное травление или использование ионно-фрезерный станок.
