Петля гистерезиса что: Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

Биологические и физические системы способны мгновенно откликаться на приложенное к ним воздействие. Если рассмотреть это явление на временной оси координат, то становится заметно, что отклик зависит от предыстории системы и ее текущего состояния. График, который наглядно демонстрирует это свойство систем, получил название петли гистерезиса, которая отличается остроугольной формой.

Оригинальная форма петли обусловлена эффектом насыщения и неравномерностью траектории между соседними расстояниями. Эффект гистерезиса имеет кардинальные отличия от инерционности, с которой его часто путают, забывая о том, что монотонное сопротивление существенно отличается от мгновенного сопротивления на воздействие.

Петля гистерезиса является циклом, в ходе которого часть свойств системы используются независимо от воздействий, а часть – отправляется на повторную проверку.

В физике наиболее часто системы сталкиваются со следующими видами гистерезиса:

• Магнитный – отражает зависимость между векторами напряжения магнитного поля и намагничивания в веществе. Это явление объясняет существование постоянных магнитов.
• Сепнгетоэлектрический – зависимость между поляризацией сегнетоэлектриков и изменения внешнего электрического поля.
• Упругий – зависимость деформации упругих материалов от воздействия высоких давлений. Это явление лежит в основе великолепных механических характеристик изделий из кованого метала.

Упругий гистерезис встречается двух основных видов – статический и динамический. В первом случае петля будет равномерной, во втором – постоянно меняющейся.

В электротехнике широко применяются устройства, в основе которых лежат магнитные взаимодействия. Наиболее распространение получили магнитные носители данных. Понимание гистерезиса необходимо для подавления в них шумов, таких как быстрые колебания или дребезжание контактов.

В большинстве электронных приборов наблюдается явление теплового гистерезиса. В процессе работы устройства нагреваются, а после охлаждения ряд характеристик уже не могут принять первоначальные явления.

Так, в процессе нагрева происходит расширение микросхем и печатных плат, полупроводниковых кристаллов. В результате развивается механическое напряжение, воздействие которого на элементы системы сохраняется после остывания. Особенно ярко тепловой гистерезис проявляется в высокоточных источниках опорного напряжения.

что это такое, кратко и понятно

Некоторые физические и другие системы с запаздыванием отвечают на различные воздействия, приложенные к ним. При этом отклик на воздействие во многом зависит от текущего состояния системы и определяется предысторией настоящего состояния. Для описания таких явлений применяется термин – гистерезис, что в переводе с греческого означает отставание.

Что такое гистерезис?

Говоря простым и понятным языком – гистерезис это ответная, запоздалая реакция некой системы на определённый раздражитель (воздействие). При устранении причины, вызвавшей ответную реакцию системы, либо в результате противоположного действия, она  полностью или частично возвращается к первоначальному состоянию. Причём для такого явления характерно то, что поведение системы между крайними состояниями не одинаково. То есть: характеристики перехода от первоначального состояния и обратно – сильно отличаются.

Явление гистерезиса наблюдается:

• в физике;
• электротехнике и радиоэлектронике;
• биологии;
• геологии;
• гидрологии;
• экономике;
• социологии.

Гистерезис может иметь как полезное, так и пагубное влияние на происходящие процессы. Это отчётливо просматривается в электротехнике и электронике, о чём речь пойдёт ниже.

Динамический гистерезис

Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.

По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.

Если увеличивать силу давления, то в стержне произойдут необратимые изменения – он, либо изменит свою форму, либо разрушится. Но мы не будем доводить наш эксперимент до такого состояния. Начнём уменьшать силу давления. Реакция напряжения при этом будет меняться зеркально: вначале резко понизится, потом постепенно будет стремиться к нулю, по мере разгрузки.

Отставание процесса развития деформации во времени, под действием приложенного механического напряжения вследствие упругого гистерезиса описывается динамической петлей (см. рис. 2). Явление обусловлено особенностями перемещений дислокаций микрочастиц вещества.

Различают упругий гистерезис двух видов:

1. Динамический, при котором напряжения изменяются циклически, а максимальная амплитуда напряжений не достигает пределов упругости.
2. Статический, характерный для вязкоупругих или неупругих деформаций. При таких деформациях полностью, либо частично исчезают напряжения при снятии нагрузки.

Причиной динамического гистерезиса являются также силы термоупругости и магнитоупругости.

Петля гистерезиса

Кривая, характеризующая ход зависимости ответной реакции системы от приложенного воздействия называется петлёй гистерезиса (показана на рис. 1).

Рис. 1. Петля гистерезиса

Все петли, характеризующие циклический гистерезис, состоят из одной или нескольких замкнутых линий различной формы. Если после завершения цикла система не возвращается в первоначальное состояние, (например, при вязкоупругой деформации), то динамическая петля имеет вид кривой, показанной на рисунке 2.

Рис. 2. Динамическая петля

Анализ гистерезисных петель позволяет очень точно определить поведение системы в результате внешнего воздействия на неё.

Гистерезис в электротехнике

Важными характеристиками сердечников электромагнитов и других электрических машин являются параметры намагничивания ферромагнитных материалов, из которых они изготавливаются. Исследовать эти материалы помогают петли ферромагнетиков. В данном случае прослеживается нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции от величины внешних магнитных полей.

На процесс намагничивания (перемагничивания) влияет предыдущее состояние ферромагнетика. Кроме того, кривая намагничивания зависит от типа ферромагнитного образца, из которого состоит сердечник.

Если по катушке с сердечником циркулирует переменный ток, то намагничивания образца приводит к отставанию намагничивания. В результате намагничивания сердечника происходит сдвиг фаз в цепи с индуктивной нагрузкой. Ширина петли гистерезиса при этом зависит от гистерезисных свойств ферромагнетиков, применяемых в сердечнике.

Это объясняется тем, что при изменении полярности тока, ферромагнетик какое-то время сохраняет приобретённую ориентацию полюсов. Для переориентации этих полюсов требуется время и дополнительная энергия, которая израсходуется на нагревание вещества, что приводит к гистерезисным потерям. По величине потерь материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвёрдые (см. рис. 3).

Рис. 3. Классификация магнитных материалов

Магнитный гистерезис в ферромагнетиках отображает зависимость вектора намагничивания от напряженности электрического поля (см. Рис. 3). Но не только изменение поля по знаку вызывает гистерезис. Вращение поля или (что, то же самое) магнитного образца, также сдвигает временные характеристики намагничивания.

Рис. 4. Петли гистерезиса под действием изменения напряжённости поля

Обратите внимание, что на рисунке изображены двойные петли. Такие петли характерны для магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнетиках, которые состоят из очень маленьких частиц, образование доменов не поддерживается (не выгодно с точки зрения энергетических затрат). В таких образцах могут происходить только процессы магнитного вращения.

Рис. 5. Механизм возникновения петли магнитного гистерезиса

В электротехнике гистерезисные свойства используются довольно часто:

• в работе электромагнитных реле;
• в конструкциях коммутационных приборов;
• при создании электромоторов и других силовых механизмов.

Явления диэлектрического гистерезиса

У диэлектриков отсутствуют свободные заряды. Электроны тесно связаны со своими атомами и не могут перемещаться. Другими словами, у диэлектриков спонтанная поляризация. Такие вещества называются сегнетоэлектриками.

Однако под действием электрического поля заряды в диэлектриках поляризуются, то есть изменяют ориентацию в противоположные стороны. С увеличением напряжённости поля абсолютная величина вектора поляризации возрастает по нелинейному принципу. В определённый момент поляризация достигает насыщённости, что вызывает эффект диэлектрического гистерезиса.

На изменение поляризации уходит часть энергии, в виде диэлектрических потерь.

Гистерезис в электронике

При срабатывании различных пороговых элементов, часто применяемых в электронных устройствах, требуется задержка во времени. Например, гистерезис используется в компаратороах или триггерах Шмидта с целью стабилизации работы устройств, которые могут срабатывать в результате помех или случайных всплесков напряжения. Задержка по времени исключает случайные отключения электронных узлов.

На таком принципе работает электронный термостат. При достижении заданного уровня температуры устройство срабатывает. Если бы не было эффекта задерживания, частота срабатываний оказалась бы неоправданно высокой. Изменение температуры на доли градуса приводило бы к отключению термостата.

На практике часто разница в несколько градусов не имеет особого значения. Используя устройства, обладающего тепловым гистерезисом, позволяет оптимизировать процесс поддержания рабочей температуры.

Магнитный гистерезис: описание явления, гистерезисная петля

В данной статье мы рассмотрим явление под названием магнитный гистерезис, которое связано со свойствами намагничивания материала, благодаря которому он сначала намагничивается, а затем размагничивается. Рассмотрим кривые намагничивания, сохраняемость, а так же магнитную петлю гистерезиса.

Описание явления магнитного гистерезиса

Мы знаем, что магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой, представляет собой величину магнитного поля или силовых линий, создаваемых в данной области, и что его чаще называют «плотностью потока», обозначенным символ B с единицей измерения Тесла, Т.

Мы также знаем из предыдущих уроков, что магнитная сила электромагнита зависит от числа витков катушки, тока, протекающего через катушку, или от типа используемого материала сердечника, и если мы увеличим либо ток, либо число оказывается, мы можем увеличить напряженность магнитного поля H.

Ранее относительная проницаемость, символ µ _r, определялась как отношение абсолютной проницаемости µ и проницаемости свободного пространства µ _o(вакуум), и это задавалось как постоянная величина. Однако взаимосвязь между плотностью потока B и напряженностью магнитного поля H может быть определена тем фактом, что относительная проницаемость µ _r не является постоянной величиной, а функцией интенсивности магнитного поля, что дает плотность магнитного потока как:   B = M H .

Тогда плотность магнитного потока в материале будет увеличена в большей степени в результате его относительной проницаемости для материала по сравнению с плотностью магнитного потока в вакууме, µ _o H, а для катушки с воздушной сердцевиной это соотношение определяется как:

Таким образом, для ферромагнитных материалов отношение плотности потока к напряженности поля ( B / H ) не является постоянным, а изменяется в зависимости от плотности потока. Тем не менее, для катушек с воздушной сердцевиной или любой сердцевины с немагнитной средой, такой как дерево или пластмасса, это отношение можно считать постоянной величиной, и эта постоянная известна как μ _o , проницаемость свободного пространства ( μ _o = 4.π.10 ^-7  ч / м ).

Построив значения плотности потока ( B ) против напряженности поля, ( Н ) мы можем произвести набор кривых , называемых Кривые намагничивания, кривые магнитного гистерезиса или более обычно BH кривые для каждого типа основного используемого материала.

Намагниченность или кривая B-H

Набор кривых намагничивания выше, представляет пример взаимосвязи между B и H для сердечников из мягкого железа и стали, но каждый тип материала сердечника будет иметь свой собственный набор кривых магнитного гистерезиса. Вы можете заметить, что плотность потока увеличивается пропорционально напряженности поля до тех пор, пока она не достигнет определенного значения, если оно больше не может становиться почти равным и постоянным, поскольку напряженность поля продолжает увеличиваться.

Это связано с тем, что существует ограничение на количество плотности потока, которое может генерироваться ядром, поскольку все домены в железе идеально выровнены. Любое дальнейшее увеличение не будет влиять на значение M , и точка на графике, где плотность потока достигает своего предела, называется магнитным насыщением, также известным как насыщение сердечника, и в нашем простом примере выше точки насыщения стальной кривой начинается примерно с 3000 ампер-витков на метр.

Насыщение происходит потому, что, как мы помним из предыдущей статьи по магнетизму, который включал теорию Вебера, случайное расположение структуры молекулы в материале ядра изменяется, когда крошечные молекулярные магниты в материале становятся «выстроенными».

По мере увеличения напряженности магнитного поля ( H ) эти молекулярные магниты становятся все более и более выровненными, пока они не достигнут идеального выравнивания, создавая максимальную плотность потока, и любое увеличение напряженности магнитного поля из-за увеличения электрического тока, протекающего через катушку, будет иметь мало или вообще не будет иметь эффекта.

Сохраняемость (способность сохранять остаточный магнетизм)

Предположим, что у нас есть электромагнитная катушка с высокой напряженностью поля из-за тока, протекающего через нее, и что материал ферромагнитного сердечника достиг своей точки насыщения, максимальной плотности потока. Если мы теперь откроем переключатель и удалим ток намагничивания, протекающий через катушку, мы ожидаем, что магнитное поле вокруг катушки исчезнет, ​​когда магнитный поток уменьшится до нуля.

Однако магнитный поток не исчезает полностью, поскольку материал электромагнитного сердечника все еще сохраняет часть своего магнетизма, даже когда ток прекращает течь в катушке. Эта способность к катушке, чтобы сохранить часть своего магнетизма внутри сердечника после процесса намагничивания остановилось называются сохраняемость или остаточной намагниченности, в то время как величина плотности потока все еще остается в ядре, называется остаточным магнетизмом B _R  .

Причиной этого является то, что некоторые из крошечных молекулярных магнитов не возвращаются к совершенно случайному образцу и все же указывают в направлении исходного поля намагничивания, давая им своего рода «память». Некоторые ферромагнитные материалы обладают высокой удельной удерживаемостью (магнитной твердостью), что делает их превосходными для изготовления постоянных магнитов.

В то время как другие ферромагнитные материалы имеют низкую способность удерживать (магнитно-мягкие), что делает их идеальными для использования в электромагнитах, соленоидах или реле. Один из способов уменьшить эту остаточную плотность потока до нуля — изменить направление тока, протекающего через катушку, путем изменения значения H, напряженности магнитного поля, отрицательной. Этот эффект называется коэрцитивной силой H _C .

Если этот обратный ток увеличивается еще больше, то плотность потока будет также увеличиваться в обратном направлении, пока ферромагнитный сердечник не достигнет насыщения снова, но в обратном направлении от предыдущего. Снижая ток намагничивания I снова до нуля создаст аналогичную величину остаточного магнетизма, но в обратном направлении.

Затем путем постоянного изменения направления тока намагничивания через катушку с положительного направления на отрицательное направление, как в случае с источником переменного тока, можно создать петлю магнитного гистерезиса ферромагнитного сердечника.

Магнитная петля гистерезиса

Магнитная петля гистерезиса выше, показывает поведение ферромагнитного сердечника графически в виде соотношения между B и H является нелинейным. Начиная с немагнитного сердечника, и B, и H будут в нуле, точка 0 на кривой намагничивания.

Если ток намагничивания I увеличивается в положительном направлении до некоторого значения, напряженность магнитного поля H линейно увеличивается с I,и плотность потока B также будет увеличиваться, как показано кривой из точки 0 в точку a, когда она движется к насыщению.

Теперь, если ток намагничивания в катушке уменьшается до нуля, магнитное поле, циркулирующее вокруг сердечника, также уменьшается до нуля. Однако магнитный поток катушек не достигнет нуля из-за остаточного магнетизма, присутствующего в сердечнике, и это показано на кривой от точки а к точке b .

Чтобы уменьшить плотность потока в точке b до нуля, необходимо обратить ток, протекающий через катушку. Сила намагничивания, которая должна применяться для обнуления остаточной плотности потока, называется «Коэрцитивной силой». Эта коэрцитивная сила меняет магнитное поле, перестраивая молекулярные магниты, пока ядро ​​не станет немагнитным в точке с .

Увеличение этого обратного тока вызывает намагничивание сердечника в противоположном направлении, и дальнейшее увеличение этого тока намагничивания приведет к тому, что сердечник достигнет своей точки насыщения, но в противоположном направлении, точки d на кривой.

Эта точка симметрична точке b . Если ток намагничивания снова уменьшится до нуля, остаточный намагниченность, присутствующая в сердечнике, будет равна предыдущему значению, но в точке е будет обратной .

Снова изменение направления тока намагничивания, протекающего через катушку на этот раз в положительном направлении, приведет к тому, что магнитный поток достигнет нуля, точка f на кривой, и, как и прежде, дальнейшее увеличение тока намагничивания в положительном направлении приведет к насыщению сердечника в точке а .

Затем кривая B-H следует по пути a-b-c-d-e-f-a, когда ток намагничивания, протекающий через катушку, чередуется между положительным и отрицательным значением, таким как цикл переменного напряжения. Этот путь называется магнитной петлей гистерезиса.

Эффект магнитного гистерезиса показывает, что процесс намагничивания ферромагнитного сердечника и, следовательно, плотность потока зависят от того, на какую часть кривой намагничивается ферромагнитный сердечник, поскольку это зависит от прошлых цепей, придающих сердечнику форму «памяти». Тогда ферромагнитные материалы имеют память, потому что они остаются намагниченными после того, как внешнее магнитное поле было удалено.

Однако мягкие ферромагнитные материалы, такие как железная или кремниевая сталь, имеют очень узкие петли магнитного гистерезиса, что приводит к очень небольшим количествам остаточного магнетизма, что делает их идеальными для использования в реле, соленоидах и трансформаторах, поскольку они могут легко намагничиваться и размагничиваться.

Поскольку для преодоления этого остаточного магнетизма необходимо применять коэрцитивную силу, необходимо выполнить работу по замыканию петли гистерезиса, чтобы используемая энергия рассеивалась в виде тепла в магнитном материале. Это тепло известно как потеря гистерезиса, величина потери зависит от значения материала коэрцитивной силы.

Добавляя добавки к металлическому железу, такие как кремний, можно получить материалы с очень малой коэрцитивной силой, которые имеют очень узкую петлю гистерезиса. Материалы с узкими петлями гистерезиса легко намагничиваются и размагничиваются и известны как магнитомягкие материалы.

Магнитные петли гистерезиса для мягких и твердых материалов

Магнитный гистерезис приводит к рассеиванию потраченной энергии в виде тепла, причем энергия теряется пропорционально площади петли магнитного гистерезиса. Потери гистерезиса всегда будут проблемой в трансформаторах переменного тока, где ток постоянно меняет направление, и, таким образом, магнитные полюсы в сердечнике будут вызывать потери, потому что они постоянно меняют направление.

Вращающиеся катушки в машинах постоянного тока также будут нести гистерезисные потери, поскольку они попеременно проходят севернее южных магнитных полюсов. Как указывалось ранее, форма петли гистерезиса зависит от природы используемого железа или стали, и в случае железа, которое подвергается массивным изменениям магнетизма, например, сердечники трансформатора, важно, чтобы петля гистерезиса B-H была как можно меньше.

В следующей статье об электромагнетизме мы рассмотрим закон электромагнитной индукции Фарадея и увидим, что, перемещая проводной проводник в стационарном магнитном поле, можно вызвать электрический ток в проводнике, образующий простой генератор.

«Петля гистерезиса — что это такое?» – Яндекс.Кью

Перечитал кучу ерунды от предыдущих авторов. Прежде чем отвечать на такие вопросы, нужно хорошо разобраться в СТО (специальная теория относительности) и, во всяком случае, не путать её с ОТО (общая теория относительности). Оба названия неудачные. Принцип относительности есть не только в СТО, но и в классической механике, созданой Ньютоном, причём, этот принцип был сформулирован Галилеем ещё до Ньютона. СТО фактически является новой механикой, согласующейся с электродинамикой Максвелла. Что касается ОТО, то это теория гравитации, уточняющая ньютоновский же закон всемирного тяготения и согласованная с СТО в том смысле, что при отсутствии гравитационного поля ОТО отличается от СТО только математическим аппаратом, который в ОТО гораздо более сложный.

Обычно СТО основывают на двух постулатах. Первый — это принцип относительности, а второй утверждает существование инвариантной скорости (со времён Эйнштейна эта скорость называется «скорость света») и сформулирован самим Эйнштейном так: свет распространяется в «неподвижной» системе координат с определённой скоростью V, не зависящей от движения источника (сейчас скорость света в вакууме обозначается не «V», а «c»). Под «неподвижной» системой координат Эйнштейн подразумевает то, что позже стало называться инерциальной системой отсчёта (ИСО). Кстати, в классической механике инвариантная скорость тоже есть, но она бесконечная.

Как видим, нет ни одного слова про максимальность скорости света.

Из СТО, однако, вытекают следующие ограничения:

1) если частица в какой-то момент движется со скоростью, меньшей скорости света, то она всегда в прошлом, пока существовала, двигалась со скоростью, меньшей скорости света, и всегда в будущем, пока будет существовать, будет двигаться со скоростью, меньшей скорости света;

2) если частица в какой-то момент движется со скоростью света, то она всегда в прошлом, пока существовала, двигалась со скоростью света, и всегда в будущем, пока будет существовать, будет двигаться со скоростью света;

3) если частица в какой-то момент движется со скоростью, большей скорости света, то она всегда в прошлом, пока существовала, двигалась со скоростью, большей скорости света, и всегда в будущем, пока будет существовать, будет двигаться со скоростью, большей скорости света.

Таким образом, мы не можем ничего разогнать до сверхсветовой скорости, но, в принципе, сверхсветовая частица может родиться при столкновении обычных частиц.

Гипотетические частицы, движущиеся быстрее света, были названы тахионами. Их тщательно исследовали как в рамках СТО, так и в рамках квантовой теории. Насколько мне известно, существование тахионов противоречит квантовой теории, но здесь я не специалист. СТО самой по себе существование тахионов не проиворечит. Однако принцип причинности, понимаемый как невозможность послать самому себе сигнал в прошлое, запрещает существование тахионов: в СТО, располагая источником тахионов, можно отправить сигнал самому себе в прошлое, хотя посылка такого сигнала в прошлое на сколько-нибудь значительное время требует использования ретранслятора тахионного сигнала, движущегося от Земли с околосветовой скоростью далеко в космосе (скорее всего, можно было бы придумать конструкцию, обходящую это препятствие).

Тахионы также искали в специальных экспериментах, но обнаружить их не удалось. Так что отсутствие частиц и тел, движущихся со сверхсветовой скоростью, на настоящее время можно считать экспериментальным фактом. Со словом «доказано» нужно быть осторожным: остутсвие тахионов не доказано и никогда не будет доказано. Точно так же ни одна физическая теория не доказана и никогда не будет доказана. Что касается СТО и ОТО, то они, конечно, не доказаны, но подтверждаются (проверены) очень большим количеством экспериментов. Ссылки: СТО и ОТО.

То, что обычно пишут про то, как выглядит окружающий мир при движении с околосветовой скоростью, — полная ерунда. Никакие «шарики» не сплющиваются. Тела сокращались бы, если бы мы могли их видеть с помощью сигналов, распространяющихся с бесконечной скоростью. А так как мы их видим с помощью того же света, распространяющегося с конечной скоростью, мы видим их с запаздыванием, в других цветах (эффект Доплера) и не сократившимися, а повёрнутыми. Существует забавная игра, показывающая, как это выглядит. В игре происходит уменьшение скорости света по мере накопления призов. После скачивания нужно просто распаковать архив, и сразу можно играть. Обзор игры. Правда, автор видеоролика плохо переводит с английского.

Что такое петля гистерезиса 🚩 для чего нужна петля эффектов 🚩 Наука 🚩 Другое

Наличие остроугольной петли на графике обусловливается неодинаковостью траекторий между соседними расстояниями, а также эффектом «насыщения». Гистерезис часто путают с инерционностью, однако это не одно и то же. Инерционность – это такая модель поведения, которая обозначает постоянное, однородное и монотонное сопротивление системы изменениям ее состояния.

Гистерезис в физике

В физике это свойство систем представлено тремя основными разновидностями: магнитным, сегнетоэлектрическим и упругим гистерезисом.

Магнитный гистерезис – явление, которое отражает зависимость вектора напряженности магнитного поля и вектора намагничивания в веществе. Причем как от приложенного внешнего поля, так и от предыстории конкретного образца. Существование постоянных магнитов обуславливается именно этим явлением.

Модель петли представляет собой определенный цикл, который некоторые свойства отправляет на повторную проверку и согласование, а некоторые использует дальше. Избирательный характер зависит от свойств конкретной системы.

Сегнетоэлектрический гистерезис – изменяющаяся зависимость поляризации сегнетоэлектриков от циклического изменения внешнего электрического поля.

Упругий гистерезис – поведение упругих материалов, способных сохранять и утрачивать деформацию под воздействием больших давлений. Это явление обуславливает анизотропию механических характеристик и высокие механические качества кованных изделий.

Гистерезис в электронике

В электротехнике и электронике свойством гистерезиса пользуются устройства, которые используют различные магнитные взаимодействия. Например, магнитные носители информации или триггер Шмитта.

Это свойство необходимо знать, чтобы использовать его для подавления шумов в момент переключения определенных логических сигналов (дребезга контактов, быстрых колебаний).

Упругий гистерезис бывает двух видов: динамический и статический. В первом случае график будет изображать постоянно изменяющуюся петлю, во втором – равномерную.

Во всех приборах электронного типа наблюдается тепловой гистерезис. После того как прибор был нагрет, а затем охлажден, его характеристики не принимают прежнего значения.

Это происходит из-за того, что неодинаковое тепловое расширение корпусов микросхем, кристаллодержателей, печатных плат и кристаллов полупроводников вызывает механическое напряжение, сохраняющееся и после охлаждения.

Наиболее заметно это явление в прецизионных источниках опорного напряжения, которые используются в измерительных преобразователях.

определение понятия, физические явления, использование эффекта в терморегуляторах котлах отопления

Гистерезис является комплексным понятием процессов, происходящих в системах и веществах, которые способны в себе накапливать различную энергию, при этом скорость и интенсивность ее нарастания отличается от кривой ее убывания при снятии воздействия. В переводе же с греческого языка понятие гистерезис переводится как отставание, поэтому и понимать его следует как запаздывание одного процесса по отношению к другому. При этом совсем необязательно, чтобы эффект гистерезиса был характерен только магнитным средам.

Это свойство проявляется во многих других система и средах:

• гидравлике;
• кинематике;
• электронике;
• биологии;
• экономике.

Особенно часто используют понятие при осуществлении регулирования температурных режимов в системах отопления.

Особенности физического явления

Мы же остановимся именно на гистерезисе в электронной технике, связанным с магнитными процессами в различных веществах. Он показывает, как себя ведет тот или другой материал в электромагнитном поле, а это тем самым позволяет строить графики зависимости и снимать какие-то показания сред, в которых находятся эти самые материалы. Например, этот эффект используется в работе терморегулятора.

Рассматривая более подробно понятие гистерезиса и эффект с ним связанный, можно заметить такую особенность. Вещество, обладающее такой особенностью, способно переходить в насыщение. То есть, это то состояние, при котором оно больше не способно накапливать в себе энергию. А при рассмотрении процесса на примере ферромагнитных материалов энергия выражается намагниченностью, которая возникает благодаря имеющейся магнитной связи между молекулами вещества. А они создают магнитные моменты – диполи, которые в обычном состоянии направлены хаотически.

Намагниченность в данном случае – это принятие магнитными моментами определенного направления. Если же они направлены хаотически, то ферромагнетик считается размагниченным. Но когда диполи направлены в одну сторону, то материал намагничен. По степени намагниченности сердечника катушки можно судить о величине магнитного поля, создаваемого током, протекающим по ней.

Физический процесс при гистерезисе

Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:

• Магнитное поле – это среда, которая создается линиями магнитной индукции, образованными током, протекающим по проводнику или созданные строго направленными магнитными моментами в постоянном магните.
• Вектор магнитной индукции – величина, указывающая направление распространения магнитного поля, обозначается большой буквой В.
• Намагниченность – состояние вещества, при котором в нем еще остались направленные магнитные диполи. В физике и электротехнике обозначается буквой М.
• Напряженность магнитного поля – величина, характеризующая разницу между В и М, обозначается буквой Н.

Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:

• железо;
• кобальт;
• никель;
• соединения на их основе.

Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.

Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.

Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1. При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала. Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.

После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным. Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении. Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.

Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.

При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.

Гистерезис в разных материалах

Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.

Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.

При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.

Что влияет на петлю гистерезиса?

Казалось бы, гистерезис – это больше внутренний эффект, который не виден на поверхности материала, но он сильно зависит не только от типа самого материала, но и от качества и вида его механической обработки. Например, железо переходит в насыщение при напряженности равной 1 э, а сплав магнико достигает своей критической точки только при 580 э. Чем больше дефектов на поверхности материала, тем требуется больше напряженность магнитного поля, чтобы вывести его в насыщение.

В результате намагничивания и размагничивания в материале выделяется тепловая энергия, которая равна площади петли гистерезиса. Также к потерям в ферромагнетике можно отнести действие вихревых токов и магнитной вязкости вещества. Это обычно наблюдается при изменении частоты магнитного поля в большую сторону.

В зависимости от характера поведения ферромагнетика в среде с магнитным полем, различают статический и динамический гистерезис. Первый наблюдается при номинальной частоте напряжения, но с ее ростом площадь графика увеличивается, что приводит и к росту потерь.

Другие свойства

Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала. Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса. Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.

Гистерезис в отоплении

Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.

При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.

В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С. Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях. А терморегулятор является, по сути, датчиком температуры или термостатом, который включает или выключает отопления при достижении нижнего и верхнего порога, соответственно.

ГИСТЕРЕЗИС • Большая российская энциклопедия

• 
• 
• 

  В книжной версии

  Том 7. Москва, 2007, стр. 186-187

• 

  Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Б. Н. Филиппов, Б. А. Струков, В. Н. Кузнецов

ГИСТЕРЕ́ЗИС (от греч. ὑστέρησις – от­ста­ва­ние, за­паз­ды­ва­ние), за­паз­ды­ва­ние из­ме­не­ния фи­зич. ве­ли­чи­ны, ха­рак­те­ри­зую­щей со­стоя­ние ве­ще­ст­ва, от из­ме­не­ния др. фи­зич. ве­ли­чи­ны, оп­ре­де­ляю­щей внеш­ние ус­ло­вия. Г. име­ет ме­сто в тех слу­ча­ях, ко­гда со­стоя­ние те­ла в дан­ный мо­мент вре­ме­ни оп­ре­де­ля­ет­ся внеш­ни­ми ус­ло­вия­ми не толь­ко в тот же, но и в пред­ше­ст­вую­щие мо­мен­ты вре­ме­ни. В ре­зуль­та­те для цик­лич. про­цес­са (рост и умень­ше­ние внеш­не­го воз­дей­ст­вия) по­лу­ча­ет­ся пет­ле­об­раз­ная (не­од­но­знач­ная) диа­грам­ма, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся пет­лёй ги­стере­зи­са. Воз­ни­ка­ет Г. в разл. ве­ще­ст­вах и при раз­ных фи­зич. про­цес­сах. Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ют маг­нит­ный, сег­не­то­элек­три­че­ский и уп­ру­гий гис­те­ре­зис.

Маг­нит­ный Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость на­маг­ни­чен­но­сти $\boldsymbol M$ маг­ни­то­упо­ря­до­чен­но­го ве­ще­ст­ва (маг­не­ти­ка, напр., фер­ро- или фер­ри­маг­не­ти­ка) от внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля $\boldsymbol H$ при его цик­лич. из­ме­не­нии (уве­ли­че­нии и умень­ше­нии). При­чи­ной су­ще­ст­во­ва­ния маг­нит­но­го Г. яв­ля­ет­ся на­ли­чие в оп­ре­де­лён­ном ин­тер­ва­ле из­ме­не­ния $\boldsymbol H$ сре­ди со­стоя­ний маг­не­ти­ка, от­ве­чаю­щих ми­ни­му­му тер­мо­ди­на­мич. по­тен­циа­ла, ме­та­ста­биль­ных со­стоя­ний (на­ря­ду со ста­биль­ны­ми) и не­об­ра­ти­мых пе­ре­хо­дов ме­ж­ду ни­ми. Маг­нит­ный Г. мож­но так­же рас­смат­ри­вать как про­яв­ле­ние маг­нит­ных ори­ен­та­ци­он­ных фа­зо­вых пе­ре­хо­дов 1-го ро­да, для ко­то­рых пря­мой и об­рат­ный пе­ре­хо­ды ме­ж­ду фа­за­ми в за­ви­си­мо­сти от $\boldsymbol H$ про­ис­хо­дят, в си­лу ука­зан­ной ме­та­ста­биль­но­сти со­стоя­ний, при разл. зна­че­ни­ях $\boldsymbol H$.

Рис. 1. Петли магнитного гистерезиса:1 – максимальная, 2 – частная; а – кривая намагничивания, б и в – кривые перемагничивания; МR – остаточная намагниченность, Нс – коэрцитивная сила, Ms – намагничен…

На рис. 1 схе­ма­ти­че­ски по­ка­за­на ти­пич­ная за­ви­си­мость $M$ от $H$ в фер­ро­маг­не­ти­ке; из со­стоя­ния $M=0$ при $H=0$ с уве­ли­че­ни­ем $H$ зна­че­ние $M$ рас­тёт (осн. кри­вая на­маг­ни­чи­ва­ния, $\it а$) и в дос­та­точ­но силь­ном по­ле $H⩾H_{\text m}$ $M$ ста­но­вит­ся прак­ти­че­ски по­сто­ян­ной и рав­ной на­маг­ни­чен­но­сти на­сы­ще­ния $M_{\text s}$. При умень­ше­нии $H$ от зна­че­ния $H_{\text m}$ на­маг­ни­чен­ность из­ме­ня­ет­ся вдоль вет­ви $\it б$ и при $H=0$ при­ни­ма­ет зна­че­ние $M=M_{\text R}$ (ос­та­точ­ная на­маг­ни­чен­ность). Для раз­маг­ни­чи­ва­ния ве­ще­ст­ва ($M=0$) не­об­хо­ди­мо при­ло­жить об­рат­ное по­ле $H= –H_{\text c}$, на­зы­вае­мое ко­эр­ци­тив­ной си­лой. Да­лее при $H=–H_{\text m}$ об­ра­зец на­маг­ни­чи­ва­ет­ся до на­сы­ще­ния ($M=–M_{\text s}$) в об­рат­ном на­прав­ле­нии. При из­ме­не­нии $H$ от $–H_{\text m}$ до $+H_{\text m}$ на­маг­ни­чен­ность из­ме­ня­ет­ся вдоль кри­вой $\it в$. Вет­ви $\it б$ и $\it в$, по­лу­чаю­щие­ся при из­ме­не­нии $H$ от $+H_{\text m}$ до $–H_{\text m}$ и об­рат­но, об­ра­зу­ют замк­ну­тую кри­вую, на­зы­вае­мую мак­си­маль­ной (или пре­дель­ной) пет­лёй Г. Вет­ви $\it б$ и $\it в$ на­зы­ва­ют­ся, со­от­вет­ст­вен­но, нис­хо­дя­щей и вос­хо­дя­щей вет­вя­ми пет­ли Г. При из­ме­не­нии $H$ на от­рез­ке $[–H_1, H_1]$ с $H_1$ за­ви­си­мость $M(H)$ опи­сы­ва­ет­ся замк­ну­той кри­вой (ча­ст­ной пет­лёй Г.), це­ли­ком ле­жа­щей внут­ри макс. пет­ли ги­сте­ре­зи­са.

Опи­сан­ные пет­ли Г. ха­рак­тер­ны для дос­та­точ­но мед­лен­ных (ква­зи­ста­ти­че­ских) про­цес­сов пе­ре­маг­ни­чи­ва­ния. От­ста­ва­ние $M$ от $H$ при на­маг­ни­чи­ва­нии и раз­маг­ни­чи­ва­нии при­во­дит к то­му, что энер­гия, при­об­ре­тае­мая маг­не­ти­ком при на­маг­ни­чи­ва­нии, не пол­но­стью от­да­ёт­ся при paзмагничивании. Те­ряе­мая за один цикл энер­гия оп­ре­де­ля­ет­ся пло­ща­дью пет­ли Г. Эти по­те­ри энер­гии на­зы­ва­ют­ся гис­те­ре­зис­ны­ми. При ди­на­мич. пе­ре­маг­ни­чи­ва­нии об­раз­ца пе­ре­мен­ным маг­нит­ным по­лем $\boldsymbol H_{\sim}$ пет­ля Г. ока­зы­ва­ет­ся ши­ре ста­ти­че­ской вслед­ст­вие то­го, что к ква­зи­рав­но­вес­ным гис­те­ре­зис­ным по­те­рям до­бав­ля­ют­ся ди­на­ми­че­ские, ко­то­рые мо­гут быть свя­за­ны с вих­ре­вы­ми то­ка­ми (в про­вод­ни­ках) и ре­лак­са­ци­он­ны­ми яв­ле­ния­ми.

Фор­ма пет­ли Г. и наи­бо­лее важ­ные ха­рак­те­ри­сти­ки маг­нит­но­го Г. (гис­те­ре­зис­ные по­те­ри, $H_с$, $M_{\text R}$ и др.) за­ви­сят от хи­мич. со­ста­ва ве­ще­ст­ва, его струк­тур­но­го со­стоя­ния и темп-ры, от ха­рак­те­ра и рас­пре­де­ле­ния де­фек­тов в об­раз­це, а сле­до­ва­тель­но, от тех­но­ло­гии его пригoтовления и по­сле­дую­щих фи­зич. об­ра­бо­ток (те­п­ло­вой, ме­ха­нич., тер­мо­маг­нит­ной и др.). С маг­нит­ным Г. свя­за­но гис­те­ре­зис­ное по­ве­де­ние це­ло­го ря­да др. фи­зич. свойств, напр. Г. маг­ни­то­стрик­ции, Г. галь­ва­но­маг­нит­ных и маг­ни­то­оп­тич. яв­ле­ний и т. д.

Сег­не­то­элек­три­че­ский Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость ве­ли­чи­ны век­то­ра элек­трич. по­ля­ри­за­ции $\boldsymbol P$ сег­не­то­элек­три­ков от на­пря­жён­но­сти $\boldsymbol E$ внеш­не­го элек­трич. по­ля при цик­лич. из­ме­не­нии по­след­не­го. Сег­не­то­элек­три­ки об­ла­да­ют в оп­ре­де­лён­ном тем­пе­ра­тур­ном ин­тер­ва­ле спон­тан­ной (т. е. са­мо­про­из­воль­ной, воз­ни­каю­щей в от­сут­ст­вие внеш­не­го по­ля) по­ля­ри­за­ци­ей $\boldsymbol P_{сп}$. На­прав­ле­ние по­ля­ри­за­ции мо­жет быть из­ме­не­но элек­трич. по­лем, при этом зна­че­ние $\boldsymbol P$ при дан­ном $\boldsymbol E$ за­ви­сит от пре­дыс­то­рии, т. е. от то­го, ка­ким бы­ло элек­трич. по­ле в пред­ше­ст­вую­щие мо­мен­ты вре­ме­ни. Сег­не­то­элек­трич. Г. име­ет вид ха­рак­тер­ной пет­ли (пет­ля Г.), осн. па­ра­мет­ра­ми ко­то­рой яв­ля­ют­ся ос­та­точ­ная по­ля­ри­за­ция $\boldsymbol P_{ост}$ при $\boldsymbol E=0$ и ко­эр­ци­тив­ное по­ле $\boldsymbol E_к$, при ко­то­ром про­ис­хо­дит из­ме­не­ние на­прав­ле­ния (пере­клю­че­ние) век­то­ра $\boldsymbol P_{сп}$. Для со­вер­шен­ных мо­но­кри­стал­лов пет­ля Г. име­ет фор­му, близ­кую к пря­мо­уголь­ной, и $\boldsymbol P_{ост}=\boldsymbol P_{сп}$. В ре­аль­ных кри­стал­лах ос­та­точ­ная по­ля­ри­за­ция мень­ше спон­тан­ной из-за раз­биения кри­стал­ла на до­ме­ны.

Су­ще­ст­во­ва­ние сег­не­то­элек­трич. Г. сле­ду­ет из фе­но­ме­но­ло­гич. тео­рии сег­не­то­элек­трич. яв­ле­ний, в со­от­вет­ст­вии с ко­то­рой рав­но­вес­ным зна­че­ни­ям $\boldsymbol P_{сп}$ при лю­бой темп-ре ни­же темп-ры сег­не­то­элек­трич. фа­зо­во­го пе­ре­хо­да от­ве­ча­ют два сим­мет­рич­ных ми­ни­му­ма тер­мо­ди­на­мич. по­тен­циа­ла, раз­де­лён­ные по­тен­ци­аль­ным барь­е­ром. При $E=±E_к$ один из ми­ни­му­мов ис­че­за­ет, и кри­сталл ока­зы­ва­ет­ся в со­стоя­нии с оп­ре­де­лён­ным на­прав­ле­ни­ем век­то­ра $\boldsymbol P_{сп}$. При цик­лич. пе­ре­клю­че­нии спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции пло­щадь пет­ли Г. оп­ре­де­ля­ет гис­те­ре­зис­ные по­те­ри – ко­ли­че­ст­во энер­гии элек­трич. по­ля, пе­ре­хо­дя­щей в те­п­ло­ту. Ве­ли­чи­на ко­эр­ци­тив­но­го по­ля свя­за­на так­же с про­цес­са­ми за­ро­ж­де­ния и эво­лю­ции в элек­трич. по­ле сег­не­то­элек­трич. до­ме­нов – об­лас­тей кри­стал­ла с вы­де­лен­ным элек­трич. по­лем на­прав­ле­ни­ем век­то­ра спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции.

Рис. 2. Петля упругого гистерезиса.

Уп­ру­гий Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость ме­ха­нического на­пря­же­ния от де­фор­ма­ции уп­ру­го­го те­ла при цик­лич. при­ло­же­нии и сня­тии на­груз­ки. Гра­фик за­ви­си­мо­сти на­пря­же­ния $σ$ от де­фор­мации $ε$ от­ли­ча­ет­ся от от­рез­ка пря­мой ли­нии, со­от­вет­ст­вую­щей за­ко­ну Гу­ка, и пред­став­ля­ет со­бой пет­лю Г. (рис. 2). Пло­щадь этой пет­ли про­пор­цио­наль­на ме­ха­нической энер­гии, ко­то­рая рас­сея­лась (пре­вра­ти­лась в те­п­ло­ту) во вре­мя цик­ла.

По­яв­ле­ние уп­ру­го­го Г. в ме­тал­лах свя­за­но с тем, что в не­ко­то­рых зёр­нах по­ли­кри­стал­ла мик­ро­на­пря­же­ния су­ще­ст­вен­но пре­вы­ша­ют ср. на­пря­же­ния в об­раз­це, что при­во­дит к по­яв­ле­нию пла­стич. де­фор­ма­ций и тем са­мым к рас­сея­нию ме­ха­нич. энер­гии. В не­ко­то­рых слу­ча­ях вклад в уп­ру­гий Г. да­ют элек­тро­маг­нит­ные яв­ле­ния.

Уп­ру­гий Г. как про­яв­ле­ние от­ли­чия ре­аль­но­го уп­ру­го­го те­ла от иде­аль­но уп­ру­го­го на­блю­да­ет­ся у всех твёр­дых тел, да­же при весь­ма низ­ких темп-рах. Уп­ру­гий Г. яв­ля­ет­ся при­чи­ной за­ту­ха­ния сво­бод­ных ко­ле­ба­ний уп­ру­гих тел, за­ту­ха­ния в них зву­ка, умень­ше­ния ко­эф. вос­ста­нов­ле­ния при не­уп­ру­гом уда­ре и др. В об­щем слу­чае от­кло­не­ние уп­ру­го­сти от иде­аль­ной вклю­ча­ет­ся в по­ня­тие внут­рен­не­го тре­ния.

Что такое петля гистерезиса в физике?

Значение плотности потока для любого значения тока всегда больше, когда ток уменьшается, затем, когда он увеличивается, магнетизм отстает от тока намагничивания. Этот процесс известен как гистерезис.

Определение петли гистерезиса

Чтобы исследовать ферромагнитный материал, стержень из этого материала, например железа, помещается в соленоид переменного тока. Когда переменный ток имеет положительное пиковое значение, он полностью намагничивает образец в одном направлении, а когда ток достигает своего отрицательного пика, он полностью намагничивает его в противоположном направлении.Таким образом, когда переменный ток изменяется с положительного пикового значения на отрицательное пиковое значение, а затем обратно на положительное пиковое значение, образец подвергается полному циклу намагничивания. Плотность потока в зависимости от намагниченности образца для различных значений тока намагничивания соленоида отображается на графике CRO.
Его основные особенности следующие:

1. Гистерезис

Участок кривой OA получается, когда ток намагничивания I увеличивается, а AR — участок, когда ток уменьшается.Можно отметить, что значение плотности потока для любого значения тока всегда больше, когда ток уменьшается, чем когда он увеличивается, то есть магнетизм отстает от тока намагничивания. Это явление известно как гистерезис.

2. Насыщение

Плотность магнитного потока увеличивается от нуля до максимального значения. На этом этапе говорят, что материал магнитонасыщен.

3. Остаточная или обратная способность

Когда ток снижается до нуля, материал все еще остается сильно намагниченным, что показано точкой R на кривой.Это происходит из-за тенденции доменов частично оставаться в очереди после того, как они были выровнены.

4. Коэрцитивная сила

Для размагничивания материала ток намагничивания реверсируется и увеличивается, чтобы уменьшить намагниченность до нуля. Это называется коэрцитивным током, обозначенным на кривой буквой C. Коэрцитивная сила стали больше, чем у железа, так как для ее размагничивания требуется больший ток. Когда материал намагничивается, его кривая намагничивания никогда не проходит через начало координат. Вместо этого он образует замкнутый контур ACDC’A, который называется петлей гистерезиса.

5. Площадь контура

Площадь контура является мерой энергии, необходимой для намагничивания и размагничивания в каждом цикле. Это энергия, необходимая для работы против внутреннего трения доменов. Эта работа, как и всякая работа против трения, рассеивается в виде тепла. Это называется гистерезисной потерей.
Твердые магнитные материалы, такие как сталь, не поддаются легкому намагничиванию или размагничиванию, поэтому они имеют большую площадь петли по сравнению с магнитно-мягкими материалами, такими как железо, которые легко намагничиваются.Таким образом, энергия, рассеиваемая за цикл, для железа меньше, чем для стали.
Пригодность магнитных материалов для различных целей можно изучить, выполнив полный цикл образца и нарисовав петлю гистерезиса. Для изготовления постоянного магнита лучше всего подходит материал с высокой удерживающей способностью и большой коэрцитивной силой. Сердечники электромагнитов, используемых для переменных токов, где образец многократно подвергается намагничиванию и размагничиванию, должны иметь узкие кривые гистерезиса небольшой площади, чтобы минимизировать потери энергии.
Для связанных тем посетите нашу страницу: Электричество и магнетизм

.

Что такое петля гистерезиса? Что такое потеря гистерезиса?

Что такое петля гистерезиса, потеря гистерезиса

В этом посте давайте посмотрим, что подразумевается под петлей гистерезиса и что подразумевается под гистерезисной потерей ….
Перед этим настоятельно рекомендуется прочитать термины, относящиеся к магнитным цепям.
Щелкните здесь, чтобы узнать больше о терминологии магнитных цепей

Что такое петля гистерезиса?

Рассмотрим полностью размагниченный ферромагнитный материал.[Полностью размагниченный материал — это материал, в котором B = H = 0].
Он будет подвергаться воздействию возрастающих значений напряженности магнитного поля H и соответствующей измеренной плотности магнитного потока B.

Результат показан на рисунке ниже кривой o-a-b.
В точке b, если напряженность поля (H) увеличится дальше, плотность потока (B) больше не будет увеличиваться.
Это называется насыщением (материал называется насыщенным). На этом рисунке b-y называется плотностью потока насыщения.

Теперь, если напряженность поля (H) уменьшится, плотность потока (B) будет следовать кривой b-c.
Когда напряженность поля (H) уменьшается до нуля, магнитный поток остается в железе.
Это называется остаточной магнитной индукцией или остаточной магнитной индукцией.
Обозначается на рисунке как o-c.

• Теперь, если H увеличивается в противоположном направлении, плотность потока уменьшается.
• Уменьшится до точки d. Здесь плотность потока (B) равна нулю.
• Напряженность магнитного поля (точки от 0 до d), необходимая для удаления остаточного магнетизма, т.е.е. уменьшить B до нуля. Это называется коэрцитивной силой.
• Теперь, если H увеличивается дальше в обратном направлении, плотность магнитного потока увеличивается в обратном направлении до точки насыщения (здесь точка-е).
• Если H изменяется в обратном направлении от 0x до 0y, плотность потока (B) следует кривой e-f-g-b, аналогично кривой b-c-d-e.
• Из рисунка видно, что изменения плотности потока отстают от изменения напряженности магнитного поля.
• Этот эффект называется Гистерезис.
• Замкнутая фигура b-c-d-e-f-g-b называется петлей гистерезиса (или петлей B / H) .

Потеря гистерезиса:

Что подразумевается под гистерезисной потерей?

Нарушение выравнивания доменов (домены — это не что иное, как группы атомов. Домены микроскопических размеров, но достаточно велики, чтобы вмещать от 1017 до 1021 атома) ферромагнитного материала приводит к затратам энергии на его прохождение через цикл намагничивания.


(Если поля доменов в ферромагнитном материале совпадают, материал намагничен; если они ориентированы случайным образом, то ферромагнитный материал не намагничивается.)
Эта энергия проявляется в образце в виде тепла и называется потерей гистерезиса. ,

Потери энергии, связанные с гистерезисом, пропорциональны площади петли гистерезиса.

• Площадь петли гистерезиса зависит от типа материала.
• Для твердых материалов площадь петли гистерезиса велика и, следовательно, потери на гистерезис также больше.
• Петля гистерезиса для твердого материала имеет высокую остаточную намагниченность (0-c) и большую коэрцитивную силу (0-d).
• Для мягких материалов площадь петли гистерезиса мала, и поэтому потери на гистерезис меньше.
• Петля гистерезиса для мягкой стали имеет большую намагниченность и небольшую коэрцитивную силу.
• Для твердых материалов площадь и, следовательно, потери энергии намного больше, чем потери энергии для мягких материалов.
• Потери на гистерезис для феррита (оксидов алюминия, железа, кобальта, магния, никеля и марганца очень малы.

Петля гистерезиса для устройств, возбуждаемых переменным током, повторяется каждый цикл переменного тока.
Таким образом, материал с большой площадью петли гистерезиса не подходит, так как потери энергии больше.
Кремниевая сталь имеет небольшую площадь петли гистерезиса, поэтому потери на гистерезис меньше.
Таким образом, он подходит для сердечников трансформаторов и якоря вращающихся машин.

Подробнее:
Методы контроля скорости асинхронного двигателя
Как работает звонок Bell?
В чем разница между диодом Шоттки и диодом с PN переходом?
555 Идеи для простых проектов на основе таймера

Спасибо за внимание… Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже …. Пожалуйста, подпишитесь, чтобы получать новые сообщения на ваш mail id ..

,

Что такое магнитный гистерезис? — объяснение образования петли

Явление отставания плотности магнитного потока B от силы намагничивания H в магнитном материале известно как Магнитный гистерезис. Слово гистерезис происходит от греческого слова Hysterein, что означает отставать.

Другими словами, когда магнитный материал намагничивается сначала в одном направлении, а затем в другом направлении, завершая один цикл намагничивания, обнаруживается, что плотность магнитного потока B отстает от приложенной силы намагничивания H.

Существуют различные типы магнитных материалов, такие как парамагнитные, диамагнитные, ферромагнитные, ферромагнитные и антиферромагнитные материалы. Ферромагнитные материалы в основном ответственны за возникновение петли гистерезиса.

Когда магнитное поле не приложено, ферромагнитный материал ведет себя как парамагнитный материал. Это означает, что на начальном этапе диполи из ферромагнитного материала не выстраиваются, а размещаются случайным образом.

Как только магнитное поле прикладывается к ферромагнитному материалу, его дипольные моменты выравниваются в одном конкретном направлении, как показано на рисунке выше, что приводит к гораздо более сильному магнитному полю.

В комплекте:

Чтобы понять явление магнитного гистерезиса, рассмотрим кольцо из магнитного материала, равномерно намотанное соленоидом. Соленоид подключен к источнику постоянного тока через двухполюсный двусторонний переключатель (D.P.D.T), как показано на рисунке ниже:

Изначально переключатель находится в положении 1. При уменьшении значения R значение тока в соленоиде постепенно увеличивается, что приводит к постепенному увеличению напряженности поля H, плотность потока также увеличивается, пока не достигнет точки насыщения a, а Полученная кривая — « oa ».Насыщение происходит, когда при увеличении тока дипольный момент или молекулы материала магнита выравниваются в одном направлении.

Теперь, уменьшая ток в соленоиде до нуля, сила намагничивания постепенно уменьшается до нуля. Но значение плотности потока не будет равным нулю, поскольку оно все еще имеет значение « ob » при H = 0, поэтому полученная кривая будет « ab », как показано на рисунке ниже. Это значение плотности потока « на » связано с остаточным магнетизмом.

Петля гистерезиса

Остаточный магнетизм

Величина магнитного потока ob, удерживаемая магнитным материалом, называется остаточным магнетизмом, а способность удерживать его известна как Сохраняемость материала .

Теперь, чтобы размагнитить магнитное кольцо, положение реверсивного переключателя D.P.D.T изменяется в положение 2, и, таким образом, направление тока в соленоиде меняется на противоположное, что приводит к изменению силы намагничивания H.

Когда H увеличивается в обратном направлении, плотность магнитного потока начинает уменьшаться и становится равной нулю (B = 0), а показанная выше кривая следует по пути bc. Остаточный магнетизм материала удаляется путем приложения силы намагничивания, известной как коэрцитивная сила, в противоположном направлении.

Коэрцитивная сила

Величина намагничивающей силы oc, необходимая для уничтожения остаточного магнетизма ob, называется Коэрцитивная сила , показанная розовым цветом на кривой гистерезиса, показанной выше.

Теперь, чтобы завершить петлю гистерезиса, сила намагничивания H дополнительно увеличивается в обратном направлении, пока она не достигнет точки насыщения d, но в отрицательном направлении кривая следует по пути cd. Значение H уменьшается до нуля H = 0, и кривая принимает путь de, где oe — остаточный магнетизм, когда кривая находится в отрицательном направлении.

Положение переключателя снова изменяется на 1 из положения 2, и ток в соленоиде снова увеличивается, как это делается в процессе намагничивания, и благодаря этому H увеличивается в положительном направлении, отслеживая путь как ‘efa’, и, наконец, , петля гистерезиса завершена.На кривой снова «of» обозначена сила намагничивания, также известная как коэрцитивная сила, необходимая для удаления остаточного магнетизма «oe».

Здесь общая Коэрцитивная сила, необходимая для удаления остаточного магнетизма за один полный цикл, обозначена «cf». Из приведенного выше обсуждения ясно, что плотность потока B всегда отстает от силы намагничивания H. Следовательно, петля ‘abcdefa’ называется петлей магнитного гистерезиса или кривой гистерезиса .

Магнитный гистерезис приводит к рассеиванию потерянной энергии в виде тепла.Затраченная энергия пропорциональна площади петли магнитного гистерезиса. В основном есть два типа магнитных материалов: магнитомягкий материал и магнитотвердый материал.

Магнитно-мягкий материал

Магнитно-мягкий материал имеет узкую петлю магнитного гистерезиса, как показано на рисунке ниже, которая имеет небольшое количество рассеиваемой энергии. Они состоят из таких материалов, как железо, кремнистая сталь и т. Д.

Петля из мягкого магнитного материала

• Используется в устройствах, требующих переменного магнитного поля.
• Обладает низкой коэрцитивной силой.
• Низкая намагниченность
• Низкая сохраняемость

Твердый магнитный материал

Твердый магнитный материал имеет более широкую петлю гистерезиса, как показано на рисунке ниже, и приводит к большому рассеянию энергии, а процесс размагничивания труднее реализовать.

Петля из жесткого магнитного материала

• Обладает высокой сохраняемостью
• Высокая коэрцитивность
• Высокая насыщенность

Применение магнитного гистерезиса

• Магнитный материал, имеющий более широкую петлю гистерезиса, используется в таких устройствах, как магнитная лента, жесткий диск, кредитные карты, аудиозаписи, поскольку его память трудно стереть.
• Магнитные материалы с узкой петлей гистерезиса используются в качестве электромагнитов, соленоидов, трансформаторов и реле, которые требуют минимального рассеивания энергии.

,