электромеханический или электроакустический преобразователь, в котором энергия магнитного поля преобразуется в энергию механических колебаний и наоборот благодаря обратимому эффекту магнитострикции (См. Магнитострикция). Применяется как излучатель или приёмник Ультразвука, при измерениях вибраций различных конструкций и сооружений, в фильтрах и стабилизаторах электро- и радиотехнических устройств. М. п. представляет собой сердечник из магнитострикционного материала (никель, спец. сплавы, ферриты и др.) с обмоткой. Преобразующим элементом является сам сердечник, в котором относительное удлинение при намагничивании достигает значений , где l - длина, Δl - приращение длины сердечника при его намагничивании. При частотах 10-100 кгц наиболее рационально применять М. п. из металлических материалов, обладающих более высокими механической прочностью и индукцией насыщения. М. п. гидроакустических и ультразвуковых промышленных установок чаще всего имеют стержневую или кольцевую форму, иногда выполняются в виде тонкостенных трубок, колеблющихся по длине; звук излучается или принимается торцевыми поверхностями магнитопровода.

изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем (См. Джоуль) в 1842. В ферро- и ферримагнетиках (Fe, Ni, Со, Gd, Tb и других, ряде сплавов, ферритах) М. достигает значительной величины (относительное удлинение Δl / l ≈ 10^-6-10^-2). В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках М. очень мала. Обратное по отношению к М. явление - изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации - называется магнитоупругим эффектом, иногда - Виллари эффектом.

В современной теории магнетизма М. рассматривают как результат проявления основных типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрического обменного взаимодействия (См. Обменное взаимодействие) и магнитного взаимодействия (см. Ферромагнетизм). В соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных деформаций кристаллические решётки: за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.

При намагничивании ферро- и ферримагнетиков (См. Ферримагнетики) магнитные силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью H_s, в котором образец достигает технического магнитного насыщения I_s. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами (См. Домены) и вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решётки. М. этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.). Для расчёта линейной М. существуют полуэмпирические формулы. Так, М. ферромагнитных кристаллов кубической симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по формуле:

,

где s_i, s_j и β_i, β_j - направляющие косинусы соответственно вектора J_s и направления измерения относительно рёбер куба, а₁ и a₂ - константы анизотропии М., численно равные , , где и - максимальные линейные М. соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла. Величину λ_s = (Δl / l) _s называют М. насыщения или магнитострикционной постоянной.

М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абсолютной величины J_s (Парапроцесс, или истинное намагничивание). М. за счёт обменных сил в кубических кристаллах изотропна, то есть проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (например, гадолинии) эта М. анизотропна. М. за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных температурах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества. Однако в некоторых сплавах с малым коэффициентом теплового расширения (инварных магнитных сплавах) М. велика [в магнитных полях Магнитострикция 8․10⁴ а/м (10³ э) отношение ΔV / V Магнитострикция 10^-5]. Значительная по величине М. парапроцесса возникает также в ферритах (См. Ферриты) при разрушении или создании магнитным полем неколлинеарных магнитных структур (См. Магнитная структура).

М. относится к так называемым чётным магнитным эффектам, так как она не зависит от знака магнитного поля. Экспериментально больше всего изучалась М. в поликристаллических ферромагнетиках. Обычно измеряется относительное удлинение образца в направлении поля (продольная М.) или перпендикулярно направлению поля (поперечная М.). Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная М. в области полей технического намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины одинаковы (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная М. отрицательны; причина этого ещё не ясна. Величина, знак и графический ход зависимости М. от напряжённости поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (кристаллографической текстуры, примесей посторонних элементов, термической и холодной обработки). У Fe (рис. 2) продольная М. в слабом магнитном поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле - отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная М. отрицательна. Сложный характер М. в поликристаллических образцах ферромагнетиков определяется особенностями анизотропии М. в кристаллах соответствующего металла. Большинство сплавов Fe - Ni, Fe - Co, Fe - Pt и других имеют положительный знак продольной М.: Δl / l ≈ (1-10)․10^-5. Наибольшей продольной М. обладают сплавы Fe - Pt, Fe - Pd, Fe - Со, Mn - Sb, Mn - Cu - Bi, Fe - Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe₂O₄, Tb₃Fe₅O₁₂, Dy₃Fe₅O₁₂: Δl / l ≈ (2-25)․10^-4. Рекордно высока М. у некоторых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений, например у Tb и Dy, у TbFe₂ и DyFe₂: Δl / l ≈ 10^-3-10^-2 (в зависимости от величины приложенного поля). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U₃As₄, U₃P₄ и других).

М. в области технического намагничивания обнаруживает явление Гистерезиса (рис. 3). На М. в сильной степени влияют также температура, упругие напряжения и даже характер размагничивания, которому подвергался образец перед измерением.

Всестороннее изучение М. прежде всего способствует выяснению физической природы сил, которые определяют ферри-, антиферро- и ферромагнитное поведение вещества. Исследование М., особенно в области технического намагничивания, играет также большую роль при изысканиях новых магнитных материалов; например, отмечено, что высокая магнитная проницаемость сплавов типа пермаллоя связана с тем, что в них мала М. (наряду с малым значением константы магнитной анизотропии).

С магнитострикционными эффектами связаны аномалии теплового расширения ферро-, ферри- и антиферромагнитных тел. Эти аномалии объясняются тем, что магнитострикционные деформации, вызываемые обменными (а в общем случае и магнитными) силами в решётке, проявляются не только при помещении указанных тел в магнитное поле, но также при нагревании их в отсутствии поля (термострикция). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно при магнитных фазовых переходах (См. Фазовый переход) (в точках Кюри и Нееля, при температуре перехода коллинеарной магнитной структуры в неколлинеарную и других). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение (обусловленное тепловыми колебаниями атомов в решётке) иногда приводит к аномально малому значению коэффициента теплового расширения у некоторых материалов. Экспериментально доказано, например, что малое тепловое расширение сплавов типа Инвар объясняется влиянием возникающих при нагреве отрицательных магнитострикционных деформаций, которые почти полностью компенсируют "нормальное" тепловое расширение таких сплавов.

С М. связаны различные аномалии упругости в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Резкие аномалии модулей упругости и внутреннего трения, наблюдаемые в указанных веществах в районе точек Кюри и Нееля и других фазовых магнитных переходов, обязаны влиянию М., возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферримагнитные тела упругих напряжений в них даже при отсутствии внешнего магнитного поля происходит перераспределение магнитных моментов доменов (в общем случае изменяется и абсолютная величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнительной деформацией тела магнитострикционной природы - механострикцией (См. Механострикция), которая приводит к отклонениям от закона Гука. В непосредственной связи с механострикцией находится явление изменения под влиянием магнитного поля модуля упругости Е ферромагнитных металлов (ΔЕ-эффект).

Для измерения М. наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу механооптического рычага, позволяющие наблюдать относительные изменения длины образца до 10^-6. Ещё большую чувствительность дают радиотехнический и интерференционный методы. Получил распространение также метод проволочных датчиков, в котором на образец наклеивают проволочку, включенную в одно из плечей моста измерительного (См. Мост измерительный). Изменение длины проволочки и её электрического сопротивления при магнитострикционном изменении размеров образца с высокой точностью фиксируется электроизмерительным прибором.

М. нашла широкое применение в технике. На явлении М. основано действие магнитострикционных преобразователей (датчиков) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехнических устройствах, магнитострикционных линий задержки и т.д.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках, 2 изд., М. - Л., 1957; Бозорт Р., Ферромагнетизм, перевод с английского, М., 1956; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965; Ультразвуковые преобразователи, перевод с английского, под редакцией И. П. Голяминой, М., 1972.

К. П. Белов.

Рис. 1. Продольная (кривая I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36 \%) - Fe (64 \%). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных - при парапроцессе - одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер).

Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикции ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости магнитного поля.

Рис. 3. Магнитострикционный гистерезис железа, обусловленный его магнитным гистерезисом.

электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (Фотоэдс) или электрический ток (фототок). Действие Ф. основывается на фотоэлектронной эмиссии (См. Фотоэлектронная эмиссия) или фотоэффекте внутреннем (См. Фотоэффект внутренний).

Ф., действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии, представляет собой (рис., а) электровакуумный прибор с 2 электродами - Фотокатодом и анодом (коллектором электронов), помещенными в вакуумированную либо газонаполненную стеклянную или кварцевую колбу. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с его поверхности; при замыкании цепи Ф. в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. В газонаполненных Ф. в результате ионизации (См. Ионизация) газа и возникновения несамостоятельного лавинного электрического разряда в газах (См. Электрический разряд в газах) фототок усиливается. Наиболее распространены Ф. с сурьмяно-цезиевым и кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодами.

Ф., действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, - полупроводниковый прибор с гомогенным электронно-дырочным переходом (См. Электронно-дырочный переход) (р-n-переходом) (рис., б), полупроводниковым гетеропереходом (См. Полупроводниковый гетеропереход) или контактом металл-полупроводник (см. Шотки диод). Поглощение оптического излучения в таких Ф. приводит к увеличению числа свободных носителей внутри полупроводника (См. Полупроводники). Под действием электрического поля перехода (контакта) носители заряда пространственно разделяются (например, в Ф. с р-n-переходом электроны накапливаются в n-oбласти, а дырки - в р-области), в результате между слоями возникает фотоэдс; при замыкании внешней цепи Ф. через нагрузку начинает протекать электрический ток. Материалами, из которых выполняют полупроводниковые Ф., служат Se, GaAs, CdS, Ge, Si и др.

Ф. обычно служат приёмниками излучения или приёмниками света (См. Приёмники излучения) (полупроводниковые Ф. в этом случае нередко отождествляют с Фотодиодами); полупроводниковые Ф. используют также для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию - в солнечных батареях (См. Солнечная батарея), фотоэлектрических генераторах (См. Фотоэлектрический генератор).

Основные параметры и характеристики Ф. 1) Интегральная чувствительность (ИЧ) - отношение фототока к вызывающему его световому потоку при номинальном анодном напряжении (у вакуумных Ф.) или при короткозамкнутых выводах (у полупроводниковых Ф.). Для определения ИЧ используют, как правило, эталонные источники света (например, лампу накаливания с воспроизводимым значением цветовой температуры нити, обычно равным 2840 К). Так, у вакуумных Ф. (с сурьмяно-цезиевым катодом) ИЧ составляет около 150 мка/лм, у селеновых - 600-700 мка/лм, у германиевых - 3․10⁴ мка/лм. 2) Спектральная чувствительность - величина, определяющая диапазон значений длин волн оптического излучения, в котором практически возможно использовать данный Ф. Так, у вакуумных Ф. с сурьмяно-цезиевым катодом этот диапазон составляет 0,2-0,7 мкм, у кремниевых - 0,4-1,1 мкм, у германиевых - 0,5-2,0 мкм. 3) Вольтамперная характеристика - зависимость фототока от напряжения на Ф. при постоянном значении светового потока; позволяет определить оптимальный рабочий режим Ф. Например, у вакуумных Ф. рабочий режим выбирается в области насыщения (область, в которой фототок практически не меняется с ростом напряжения). Значения фототока (вырабатываемого, например, кремниевым Ф., освещаемым лампой накаливания) могут при оптимальной нагрузке достигать (в расчёте на 1 см² освещаемой поверхности) несколько десятков ма (для кремниевых Ф., освещаемых лампой накаливания), а фотоэдс - нескольких сотен мв. 4) Кпд, или коэффициент преобразования солнечного излучения (для полупроводниковых Ф., используемых в качестве преобразователей энергии), - отношение электрической мощности, развиваемой Ф. в номинальной нагрузке к падающей световой мощности. У лучших образцов Ф. кпд достигает 15-18\%.

Ф. используют в автоматике и телемеханике, фотометрии, измерительной технике, метрологии, при оптических, астрофизических, космических исследованиях, в кино- и фототехнике, факсимильной связи и т.д.; перспективно использование полупроводниковых Ф. в системах энергоснабжения космических аппаратов, морской и речной навигационной аппаратуре, устройствах питания радиостанций и др.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи М 1971.

М. М. Колтун.

Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К - фотокатод; А - анод; Ф - световой поток; n и p - области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е - источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; R_н - нагрузка; пунктирной линией обозначен р - n-переход.