تأثير باركهاوزن

يُطلق اسم تأثير باركهاوزن على التشويش في الإشارة المغناطيسية للمادة المغناطيسية الحديدية عند تغيير قوة التمغنط المطبقة عليها. وقد اكتشفه الفيزيائي الألماني هاينريش باركهاوزن عام 1919، وينتج عن تغيرات سريعة في حجم المجالات المغناطيسية (ذرات ذات توجه مغناطيسي مماثل في المواد المغناطيسية الحديدية).

أدى عمل باركهاوزن في مجالي الصوتيات والمغناطيسية إلى اكتشافٍ أصبح الدليل التجريبي الرئيسي الذي يدعم نظرية النطاقات المغناطيسية الحديدية التي اقترحها بيير إرنست فايس عام 1906. وتُعرف ظاهرة باركهاوزن بأنها سلسلة من التغيرات المفاجئة في حجم واتجاه النطاقات المغناطيسية الحديدية، أو التجمعات المجهرية للمغناطيسات الذرية المتراصة ( اللف المغزلي )، والتي تحدث أثناء عملية مستمرة من المغنطة أو إزالة المغنطة. وقدّمت هذه الظاهرة دليلاً مباشراً على وجود النطاقات المغناطيسية الحديدية، التي كانت تُفترض نظرياً في السابق. فقد اكتشف هاينريش باركهاوزن أن الزيادة البطيئة والمتدرجة في شدة المجال المغناطيسي المطبق على قطعة من مادة مغناطيسية حديدية، كالحديد، تؤدي إلى مغنطتها، ليس بشكل مستمر، بل على مراحل دقيقة.

عند تغيير مجال مغناطيسي خارجي يمر عبر قطعة من مادة مغناطيسية حديدية ، مثلاً بتحريك مغناطيس باتجاه قضيب حديدي أو إبعاده عنه، تتغير مغنطة المادة في سلسلة من التغيرات المتقطعة، مما يُسبب "قفزات" في التدفق المغناطيسي عبر الحديد. يمكن رصد هذه القفزات بلفّ سلك حول القضيب، موصول بمضخم صوت ومكبر صوت. تُنتج التحولات المفاجئة في مغنطة المادة نبضات تيار في الملف، والتي عند تضخيمها تُصدر صوتًا في مكبر الصوت . يُصدر هذا الصوت طقطقة، وقد شُبّه بصوت فتح غلاف حلوى، أو رقائق الأرز المقرمشة ، أو صوت نار موقدة. يُطلق على هذا الصوت، الذي اكتشفه الفيزيائي الألماني هاينريش باركهاوزن لأول مرة ، اسم ضوضاء باركهاوزن . يمكن ملاحظة تأثيرات مماثلة بتطبيق إجهادات ميكانيكية فقط (مثل الانحناء) على المادة الموضوعة في ملف الكشف.

تنتج هذه القفزات في المغنطة عن تغيرات منفصلة في حجم أو دوران المجالات المغناطيسية الحديدية. يتغير حجم المجالات نتيجة لحركة جدرانها داخل الشبكة البلورية استجابةً لتغيرات المجال المغناطيسي، وذلك من خلال عملية تغيير ثنائيات الأقطاب القريبة من الجدار لدورانها لتتوافق مع دوران المجالات المجاورة. في الشبكة البلورية المثالية، قد تكون هذه العملية مستمرة، ولكن في البلورات الفعلية، تُشكل العيوب الموضعية في الشبكة، مثل ذرات الشوائب أو الانخلاعات في البنية، حواجز مؤقتة أمام تغيير الدوران، مما يؤدي إلى تعلق جدار المجال عند العيب. عندما يصبح تغير المجال المغناطيسي قويًا بما يكفي للتغلب على حاجز الطاقة الموضعي عند العيب، فإنه يتسبب في انقلاب دوران مجموعة من الذرات دفعة واحدة، حيث "يندفع" جدار المجال متجاوزًا العيب. يُحدث هذا التغير المفاجئ في المغنطة تغيرًا عابرًا في التدفق المغناطيسي عبر القضيب، والذي تلتقطه الملفات على شكل "نقرة" في سماعة الأذن.

يُعزى فقدان الطاقة الناتج عن حركة جدران النطاقات المغناطيسية عبر هذه العيوب إلى منحنى التخلف المغناطيسي للمواد المغناطيسية الحديدية. غالبًا ما تحتوي المواد المغناطيسية الحديدية ذات الإكراه العالي على المزيد من هذه العيوب، لذا فهي تُنتج ضوضاء باركهاوزن أكبر لتغير معين في التدفق المغناطيسي، بينما تُعالج المواد ذات الإكراه المنخفض، مثل رقائق محولات الفولاذ السيليكوني، لإزالة العيوب، لذا فهي تُنتج ضوضاء باركهاوزن أقل.

ترتبط كمية ضوضاء باركهاوزن لمادة معينة بكمية الشوائب، والتشوهات البلورية ، وما إلى ذلك، ويمكن أن تكون مؤشرًا جيدًا على الخواص الميكانيكية لتلك المادة. لذلك، يمكن استخدام ضوضاء باركهاوزن كطريقة غير مدمرة لتقييم تدهور الخواص الميكانيكية في المواد المغناطيسية المعرضة لإجهادات ميكانيكية دورية (مثل نقل المواد عبر خطوط الأنابيب ) أو جسيمات عالية الطاقة (مثل المفاعلات النووية )، أو مواد مثل الفولاذ عالي المقاومة التي قد تتعرض للتلف نتيجة الطحن. يوضح الشكل التخطيطي على اليمين إعدادًا بسيطًا غير مدمر لهذا الغرض.

يمكن أن يشير ضجيج باركهاوزن أيضًا إلى تلف مادي في بنية الأغشية الرقيقة نتيجة لعمليات التصنيع النانوية المختلفة مثل الحفر الأيوني التفاعلي أو استخدام آلة طحن الأيونات . ^{[ 1 ]}

يُعد تأثير ويغاند امتدادًا ماكروسكوبيًا لتأثير باركهاوزن، ^{[ 2 ]} حيث أن المعالجة الخاصة لسلك ويغاند تجعله يتصرف على المستوى الماكروي كمجال مغناطيسي كبير واحد. وتتحول المجالات المغناطيسية الصغيرة العديدة ذات الإكراه العالي في الغلاف الخارجي لسلك ويغاند بشكل متسلسل، مما يُولد التغير السريع في المجال المغناطيسي لتأثير ويغاند.

• فيديو يوضح تأثير باركهاوزن
• مراقبة عيوب الطحن بالضوضاء والحرق والمعالجة الحرارية من باركهاوزن
• ما هو ضجيج باركهاوزن؟