الكهرومغناطيسية

Barkhausen noise

طقطقة المغناطيسية: فهم ضوضاء باركهاوزن

العالم المغناطيسي مليء بالظواهر الساحرة، ومنها **ضوضاء باركهاوزن**. يصف هذا المصطلح، على ما يبدو، **سلسلة من الأصوات المتقطعة** التي يمكن سماعها عند تعرض مادة حديدية مغناطيسية لحقل مغناطيسي متغير. ومع ذلك، هذه الضوضاء ليست مجرد تأثير صوتي غريب، بل تقدم رؤى قيمة حول عمل هذه المواد الداخلية، خاصة على المستوى المجهري.

**رقصة المجالات المغناطيسية المجهريّة:**

تنشأ ضوضاء باركهاوزن في الأساس من **حركة مجالات مغناطيسية منفصلة** داخل المادة. هذه المجالات هي مناطق صغيرة داخل المادة حيث تتراصف العزم المغناطيسي للذرات الفردية في اتجاه معين. عند تعرضها لحقل مغناطيسي خارجي، تحاول هذه المجالات محاذاة نفسها مع الحقل. هذه العملية، مع ذلك، لا تحدث بسلاسة، بل تحدث على شكل **قفزات منفصلة** حيث تغير المجالات الفردية اتجاهها، مما يسبب تغييرات مفاجئة في مغناطيسية المادة.

**الاستماع إلى همس المغناطيسية:**

يمكن اكتشاف هذه القفزات، على الرغم من صغرها الفردي، ك **تغييرات مفاجئة في الجهد** في ملف ملفوف حول المادة. تنتج هذه تقلبات الجهد، عند تضخيمها وتشغيلها عبر مكبر صوت، الصوت المتقطّع المميز - **ضوضاء باركهاوزن**.

**الحجم مهم:**

تأثّر **شدة وتردد** ضوضاء باركهاوزن بشدة بحجم وشكل المادة المغناطيسية. في **رؤوس مغناطيسية كبيرة**, يؤدي تأثير العديد من المجالات التي تغير اتجاهها إلى **متوسط ​​التأثير**, مما يجعل ضوضاء باركهاوزن أقل وضوحًا. ومع ذلك، في **رؤوس صغيرة جدًا** و **رؤوس رقيقة**, حيث يكون عدد المجالات المشاركة محدودًا، تصبح الضوضاء **أكثر وضوحًا وإفادة**.

**ما وراء الصوت:**

ضوضاء باركهاوزن ليست مجرد فضول، بل لها تطبيقات قيّمة في **الاختبار غير المدمر** و **توصيف المواد**. من خلال تحليل خصائص الضوضاء، يمكن للعلماء الحصول على معلومات عن **الخصائص المغناطيسية** للمادة، مثل حجم واتجاه المجالات المغناطيسية، وجود العيوب، والتاريخ المغناطيسي العام للمادة.

**ضوضاء باركهاوزن** تقدم نافذة فريدة على العالم المجهري للمواد المغناطيسية. يُذكّر وجودها بأن حتى العالم الصامت المفترض للمغناطيسية مليء بالنشاط، في انتظار استكشافه وفهمه.


Test Your Knowledge

Quiz: Barkhausen Noise

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What is Barkhausen noise?

(a) A type of electromagnetic interference. (b) The crackling sound produced by a ferromagnetic material under a changing magnetic field. (c) A measurement of the strength of a magnetic field. (d) A type of sound wave used in medical imaging.

Answer

The correct answer is (b) The crackling sound produced by a ferromagnetic material under a changing magnetic field.

2. What causes Barkhausen noise?

(a) The vibration of atoms in a ferromagnetic material. (b) The movement of electrons within a magnetic field. (c) The discrete movement of magnetic domains within a material. (d) The heating of a ferromagnetic material.

Answer

The correct answer is (c) The discrete movement of magnetic domains within a material.

3. How is Barkhausen noise detected?

(a) By listening to the material with a stethoscope. (b) By measuring changes in temperature. (c) By measuring sudden changes in voltage in a coil wrapped around the material. (d) By observing the material under a microscope.

Answer

The correct answer is (c) By measuring sudden changes in voltage in a coil wrapped around the material.

4. How does the size of a magnetic material affect Barkhausen noise?

(a) Larger materials produce louder noise. (b) Smaller materials produce louder noise. (c) Size has no effect on the noise. (d) The noise is only audible in very large materials.

Answer

The correct answer is (b) Smaller materials produce louder noise.

5. What is a practical application of Barkhausen noise?

(a) Generating electricity. (b) Creating musical instruments. (c) Non-destructive testing of materials. (d) Detecting earthquakes.

Answer

The correct answer is (c) Non-destructive testing of materials.

Exercise: Exploring Barkhausen Noise

Task:

Imagine you are a scientist studying the magnetic properties of a new type of thin-film magnetic material. You want to use Barkhausen noise to understand the internal structure and magnetic behavior of this material.

Instructions:

  1. Design an experiment: Describe the setup you would use to measure Barkhausen noise in your thin-film material. Include the necessary equipment and the steps involved in the experiment.
  2. Interpret the results: What kind of information about the material can you gather by analyzing the characteristics of the Barkhausen noise, such as its intensity, frequency, and distribution?

Exercise Correction:

Exercice Correction

1. Design an experiment:

  • Equipment:

    • Thin-film magnetic material sample
    • Electromagnet capable of generating a changing magnetic field
    • Coil of wire wrapped around the sample
    • Voltage amplifier
    • Oscilloscope or data acquisition system
    • Speaker (optional, for auditory feedback)
  • Steps:

    1. Prepare the sample by cleaning it and attaching it to the electromagnet.
    2. Connect the coil to the voltage amplifier and the amplifier to the oscilloscope/data acquisition system.
    3. Apply a slowly changing magnetic field from the electromagnet.
    4. Observe the voltage fluctuations on the oscilloscope/data acquisition system, representing Barkhausen noise.
    5. Record the noise data and analyze its characteristics (intensity, frequency, distribution).

2. Interpret the results:

  • Intensity: The intensity of the Barkhausen noise can indicate the density of magnetic domains and their susceptibility to switching. Stronger noise signals might suggest more domains switching, or larger domain sizes.
  • Frequency: Higher frequency noise suggests more rapid domain switching, which could be related to the material's coercivity (resistance to magnetization).
  • Distribution: The distribution of noise events in time can provide insight into the distribution of magnetic domains within the material. For example, a uniform distribution might suggest a homogenous material, while a clustered distribution could point towards defects or inconsistencies.

By analyzing these characteristics, the scientist can gain valuable information about the magnetic properties of the thin-film material, including the size and distribution of magnetic domains, the presence of defects, and the material's magnetic history.


Books

  • "Magnetism and Magnetic Materials" by J.D. Livingston - Provides a comprehensive overview of magnetic phenomena, including a dedicated section on Barkhausen noise.
  • "Micromagnetism and the Microstructure of Ferromagnetic Materials" by H. Kronmüller and M. Fähnle - Delves deeper into the micromagnetic aspects of Barkhausen noise and its relationship with material microstructure.
  • "Magnetic Hysteresis" by I.D. Mayergoyz - Focuses on the theory of magnetic hysteresis, with detailed explanations of Barkhausen noise and its role in hysteresis loops.

Articles

  • "Barkhausen Noise: A Tool for Magnetic Characterization" by J.C. Slonczewski - Offers a clear introduction to Barkhausen noise, its origins, and its potential applications in magnetic materials research.
  • "The Physics of Barkhausen Noise" by K.H.J. Buschow - Provides a detailed analysis of the physical mechanisms behind Barkhausen noise and its relationship with magnetic domain structure.
  • "Barkhausen Noise as a Non-Destructive Evaluation Tool for Ferromagnetic Materials" by M.A. Willard - Discusses the use of Barkhausen noise for evaluating the properties of ferromagnetic materials, including defect detection and material characterization.

Online Resources

  • "Barkhausen Noise" on Wikipedia: Offers a concise overview of the topic, including its history, physical principles, and applications.
  • "Barkhausen Effect" on Wolfram MathWorld: Presents a mathematical description of the Barkhausen effect and its connection to magnetic hysteresis.
  • "Barkhausen Noise: A Window into the Microstructure of Ferromagnetic Materials" by M.A. Willard: An introductory article for students and professionals, providing a comprehensive overview of Barkhausen noise and its applications.

Search Tips

  • Use specific keywords: Use keywords like "Barkhausen noise", "magnetic domains", "hysteresis", "non-destructive testing", and "material characterization" to find relevant results.
  • Combine keywords with "pdf" or "researchgate" to find academic articles and reports on the topic.
  • Use quotation marks to search for specific phrases, such as "Barkhausen noise measurement" or "Barkhausen noise analysis".

Techniques

None

مصطلحات مشابهة
الالكترونيات الصناعيةهندسة الحاسوبالكهرومغناطيسيةمعالجة الإشاراتالالكترونيات الاستهلاكية
  • breath noise استنشاق الصوت: فهم ضجيج التنف…
  • click noise ضجيج النقر: علامة صوتية لقناة…

Comments


No Comments
POST COMMENT
captcha
إلى