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變壓器”低吟“的原因

2011/02/09 | 未分類 |

Original publish date:Jul 14, 2004

編輯 Agape 報導

瑞士的科學家們從微觀的角度﹐對於大型變壓器所特有的嗡嗡聲﹐首次提出了合理的解釋。

其實科學家們對於這個現象﹐早已有了解釋﹐這種嗡嗡聲乃是因變壓器裡的鐵磁性金屬芯﹐因著magnetostriction效應的緣故﹐其尺寸隨著外加的磁場改變而發出的。當變壓器中的交流電流在每於週期中改變極性(方向) 時﹐其鐵芯就會因magnetostriction效應的緣故﹐產生兩次形變。所以頻率為60Hz的交流電﹐就會產生使鐵芯每秒120次的形變。對於直徑在一公尺左右的變壓器﹐其形變雖僅約1微米﹐但這樣的大小已經足夠發出低沉的嗡嗡聲。

所謂的magnetostriction效應﹐指的是鐵磁性材料的尺寸﹐因外加的磁場而改變的一種現象﹐是於1842年由英國物理學家焦耳在鎳金屬上所發現的。然而﹐在微觀的角度上﹐如何來解析這些鐵磁性物質中到底發生了什麼事﹐一直還沒有明確的了解。

有鑒於此﹐瑞士蘇黎士聯邦工學院的 Th. Strassle與其同事﹐與伯恩大學的科學家們一同合作﹐嘗試以中子頻譜的實驗方式來對各種微觀的理論進行驗證﹐期望找出箇中的奧秘。在他們所要檢驗的理論之中﹐也包含了海森堡早在1920年代所提出的自旋交換的模型。這個理論認為﹐在鐵磁性物質中由於每兩個原子共有一個電子﹐其間的磁力交互作用﹐造成了原子間距離的改變﹐而在整體物質巨觀的層面以尺寸的改變表現出來。而外加的磁場﹐更進一步地使這種交互作用更加明顯。

為了進行這樣的實驗﹐鐵並不是最適合的磁性金屬。Strassle等人選擇了使用CsMn0.28Mg0.72Br3並利用其中的錳原子作為觀察的對象。在自然的晶體結構狀態﹐錳原子會作直線的陣列排列。而在這個實驗中﹐Strassle與其研究小組﹐將錳原子一對一對地以鎂原子分開來﹐這使得他們能夠任意地調整錳原子之間彼此的交互作用。

如此特殊安排的錳原子之間的交互作用(實際上是受激發錳原子的能階)﹐則透過中子束散射來探測。實驗的結果與巨觀上的尺寸改變現象相似﹐但是卻與海森堡所提出的線性交互作用理論模型有相當的出入。根據Strassle等人所提出的說明﹐他們認為更高冪次的交互作用必須列入考慮﹐才能得到與實驗結果相符的解釋。

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