Voidaan havaita dielektrinen hystereesi - polarisaation ($\overrightarrow(P)$) epäselvä riippuvuus ulkoisesta kentänvoimakkuudesta ($\overrightarrow(E)$), kun se muuttuu syklisesti.

Koska ferrosähköisellä on domeenirakenne, ferrosähköisen kiteen dipolimomentti eristeen puuttuessa on nolla, johtuen yksittäisten domeenien dipolimomenttien keskinäisestä kompensaatiosta. Yleensä käy ilmi, että alue ei ole polarisoitunut. Kun kenttää käytetään, alueiden orientaatio muuttuu osittain ja joissakin alueissa kasvaa ja toisissa vähenee. Tämä johtaa polarisaatioon ($\overrightarrow(P)$) kiteeseen. Polarisaation riippuvuus kentänvoimakkuudesta on esitetty kuvassa 1.

Ensinnäkin polarisaatio kasvaa pitkin OA-käyrää. Pisteessä $A$ kaikkien alueiden polarisaatiovektorit osoittautuvat suuntautuneiksi yhdensuuntaisiksi kentän $\overrightarrow(E)$ kanssa. Tästä pisteestä alkaen polarisaatio kasvaa johtuen indusoidusta polarisaatiosta $\overrightarrow(P_i)\sim \overrightarrow(E)$, OA-viiva siirtyy AD (suoraviiva) -osaan. Kun tätä osuutta jatketaan, kunnes se leikkaa ordinaatta-akselin, se leikkaa siitä segmentin, jonka pituus on yhtä suuri kuin spontaani polarisaatio $P_S$.

Kun sähkökentän voimakkuus pienenee, polarisaation lasku ei seuraa samaa käyrää sisään kääntöpuoli, ja pitkin uutta käyrää $DAB"A"D"$, joka sijaitsee yläpuolella. Tämä on ferrosähköisen dielektrinen hystereesi. Suunnanmuutos ja sähkökentän domeenien kasvattaminen viivästyvät. Osoittautuu, että $\overrightarrow(P)$ ei ole yksiselitteisesti määritetty kentällä $\overrightarrow(E)$, ja se riippuu ferrosähköisen elementin "historiasta". Jos kenttää muutetaan päinvastaisessa järjestyksessä, polarisaation riippuvuus vahvuus kuvataan alemmalla käyrällä $D"A"BAD$, joka on symmetrinen käyrän $D"A"B" AD$ kanssa suhteessa origoon O. Näin saadaan suljettu käyrä $AB"A"BA$ , jota kutsutaan dielektriseksi hystereesisilmukaksi. Sähköisen induktion silmukat voidaan saada samalla tavalla. Jos sähköinen siirtymä piirretään ordinaattiselle akselille ($\overrightarrow(D)$):

\[\overrightarrow(D)=(\varepsilon )_0\overrightarrow(E)+\overrightarrow(P)\left(1\right).\ \]

Induktion hystereesisilmukka eroaa vain mittakaavaltaan $P=P(E)$-käyristä, koska ferrosähköisissä materiaaleissa $E\ll D$, ensimmäinen termi kohdassa (1) voidaan jättää huomiotta.

Käyrän nuolet (kuva 1) osoittavat pisteen liikkeen suunnan käyrää pitkin kentänvoimakkuuden muuttuessa. OS-segmentti kuvaa jäännöspolarisaatiota, eli sitä, joka ferrosähköisellä näytteellä on, kun kentänvoimakkuus on mennyt nollaan. Segmentti $OB"$ kuvaa intensiteettiä, jolla on polarisaatiolle vastakkainen suunta, jossa tietty ferrosähkö menettää polarisaationsa kokonaan. Mitä suurempi segmentin OS arvo on, sitä suurempi on ferrosähköisen jäännöspolarisaatio. suurempi koko$OB"$, sitä paremmin ferrosähkö säilyttää jäännöspolarisaation.

Hystereesisilmukka

Hystereesisilmukka on helppo saada oskilloskoopin näytöltä. Tätä tarkoitusta varten kaksi kondensaattoria on kytketty sarjaan, joista toisen levyjen välinen tila täytetään ferrosähköisellä (kutsumme sen kapasitanssiksi $C_s$). Virransyötössä käytetään generaattorin vaihtovirtaa. Koska kondensaattorit on kytketty sarjaan, niiden levyjen varaukset ovat yhtä suuret ja induktio on sama:

missä $D_0$ on kenttäinduktio tavanomaisella dielektrisellä kondensaattorilla, $D$ on kenttäinduktio ferrosähköisellä kondensaattorilla. Koska tavanomaisen kondensaattorin dielektrisyysvakio on vakio, tavanomaisen kondensaattorin yli oleva jännite on verrannollinen induktioon. Jos syötät jännitettä oskilloskoopin vaakasuuntaisiin poikkeutuslevyihin ferrosähköisellä kondensaattorilla ja pystysuuntaisiin poikkeutuslevyihin tavanomaisesta kondensaattorista, oskilloskoopin näytöllä toistetaan hystereesisilmukka.

Esimerkki 1

Tehtävä: Selitä, miksi he sanovat, että hystereesi-ilmiö antaa meille mahdollisuuden havainnollistaa domeenien roolia ferrosähköisen polarisaatiossa?

Domeenien olemassaolo ferroelektrisissä määrittää sen epälineaariset ominaisuudet. Ensinnäkin tämä on polarisaation ($\overrightarrow(P)$) epälineaarinen riippuvuus ulkoisesta kentänvoimakkuudesta ($\overrightarrow(E)$):

\[\overrightarrow(P)=(\varkappa \left(\overrightarrow(E)\right)\varepsilon )_0\overrightarrow(E)\left(1.1\right),\]

missä $\varkappa \left(\overrightarrow(E)\right)$ -- dielektrinen herkkyys riippuu ulkoisesta kentänvoimakkuudesta. Polarisaation epälineaarinen riippuvuus ulkoisesta kentästä johtaa hystereesiin sähkökentissä.

Katsotaanpa tarkemmin kuvaa. 1. Pienillä kentillä (segmentti $OA_1$) polarisaatio riippuu edelleen lineaarisesti intensiteetistä, alueita ei ole vielä yhdistetty polarisaatioon. Alueella $A_1A$ polarisaatio lisääntyy voimakkaasti kentänvoimakkuuden kasvaessa, mikä liittyy domeenien epälineaariseen uudelleensuuntautumisprosessiin ulkoisen kentän suunnassa. Pisteessä A kaikki alueet ovat suunnattu kenttää pitkin. Polarisaatio lisääntyy edelleen ulkoisen kentänvoimakkuuden kasvaessa lineaarisesti, eikä se liity alueen rakenteeseen. Se johtuu kentän aiheuttamasta polarisaatiosta. Kentänvoimakkuuden lasku pisteestä A toistaa primaaripolarisaatioprosessin käänteisessä järjestyksessä. Jäännöspolarisaation läsnäolo osoittaa, että ferrosähköinen yrittää ylläpitää domeenien suuntausta yhteen suuntaan. Vastakkaisen suunnan kentän käyttö johtaa ferrosähköisen polarisaation vähenemiseen nollaan. Käänteisen kentänvoimakkuuden lisääntyessä edelleen tapahtuu domeenien repolarisaatiota (merkkimuutos) ja lisäkyllästymistä (osio $A"D"$), eli kaikkien domeenien suuntautuminen kenttää pitkin, mutta päinvastoin. suunta osuuteen AD.

Esimerkki 2

Tehtävä: Selitä miksi hystereesi-ilmiö voidaan havaita kokeen aikana, joka suoritetaan käyttämällä oskilloskoopilla varustettua piiriä, joka on esitetty kuvassa 2. Yhden litteän kondensaattorin levyjen välissä on ferrosähköinen, sen kapasitanssi on $C_S$. Toisen kondensaattorin (C) levyjen välinen tila on täytetty tavanomaisella dielektrillä. Piiri saa virtaa generaattorista, joka luo harmonisesti vaihtelevan potentiaalieron kondensaattorilevyille. Kondensaattorilevyjen pinta-alat ovat yhtä suuret, myös kondensaattorilevyjen väliset etäisyydet ovat yhtä suuret.

Potentiaaliero jakautuu kondensaattorin, joka sisältää ferrosähköisen ($С_S$) ja ilmakondensaattorin $C$ välillä. Kondensaattorilevyjen pinta-alat ovat yhtä suuret, levyjen välinen etäisyys on $d$. Tässä tapauksessa kondensaattorien kenttävoimakkuudet ovat yhtä suuria kuin:

\ \

missä $\sigma ,\ (\sigma )_S$ ovat pintavarauksen jakautumistiheydet kondensaattorilevyillä, $(\varepsilon )_1$ on tavanomaisen eristeen dielektrisyysvakio, $(\varepsilon )_S$ on dielektrisyysvakio ferrosähköisestä.

Tiedämme, että sarjakytketyillä kondensaattoreilla on samat varaukset levyissään, ja koska näillä kondensaattoreilla on samat geometriset parametrit, voimme kirjoittaa, että:

\[\sigma =\ (\sigma )_S\left(2.3\right).\]

Siksi levyjen väliset potentiaalierot ovat:

\ \

Etsitään suhde $\frac(U_S)(U)$, saamme:

\[\frac(U_S)(U)=\frac(уd)(\varepsilon_S \varepsilon_0):\frac(уd)((\varepsilon_1 \varepsilon)_0)=\frac(\varepsilon_1)(\varepsilon_S)\ \ vasen(2,6\oikea).\]

Jos jännite U syötetään oskilloskoopin vaakasuuntaiseen pyyhkäisyyn ja $U_S$ käytetään pystyskannaukseen, voimme kirjoittaa, että:

Siten jännitteen $(E)$ muuttuessa oskilloskoopin näytölle piirretään käyrä, jonka pisteiden abskissa on tietyllä asteikolla $(\varepsilon )_SE$ ja ordinaatta $(\varepsilon ) _0(\varepsilon )_1E=D$ samassa asteikossa. Osoittautuu, että oskilloskoopin näytölle piirretään hystereesikäyrä.

Magnetisaatiokäyrä ja hystereesisilmukka

Aineen magnetoitumisilmiön karakterisoimiseksi otetaan käyttöön suure, ns aineen magnetointi. Magnetisaatio SI:ssä määritetään kaavalla

Ferromagneettisille kappaleille magnetointi I on B 0:n monimutkainen epälineaarinen funktio. I:n riippuvuutta arvosta Во/µ 0 kutsutaan magnetointikäyräksi (kuva 2). Käyrä kuvaa magneettisen kyllästymisen ilmiötä: tietystä arvosta В/µ 0 = В 0н/µ 0 alkaen magnetointi pysyy käytännössä vakiona, yhtä suurena kuin In (saturaatiomagnetointi).

Magneettinen hystereesi (Kreikkalaisesta "hystereesistä" - vaikutuksen viive syystään) ferromagneetilla tarkoitetaan ferromagneettisen aineen magnetisoitumisen suuruuden muutoksen viivettä ulkoisen aineen muutoksesta. magneettikenttä, jossa aine sijaitsee. Tärkein syy magneettinen hystereesi on ferromagneetin ominaisriippuvuus magneettiset ominaisuudet(µ, I) ei vain aineen tilasta tietyllä hetkellä, vaan myös µ:n ja I:n arvoista aikaisemmilla hetkillä. Siten magneettiset ominaisuudet ovat riippuvaisia ​​aineen aikaisemmasta magnetoinnista.

Hystereesisilmukka on käyrä ulkoiseen magneettikenttään sijoitetun ferromagneettisen kappaleen magnetisoitumisen suuruuden muutoksen riippuvuudesta tämän kentän induktion muutoksesta arvosta + Bo/µ 0 arvoon - Bo/µ 0 ja päinvastoin. Arvo + Во/µ 0 vastaa kyllästymismagnetointia I n. Ferromagneettisen kappaleen täysin demagnetisoimiseksi on välttämätöntä muuttaa ulkoisen kentän suuntaa. Tietyllä magneettisen induktion arvolla - B 0k, joka vastaa arvoa B 0k / µ 0, jota kutsutaan koersitiiviseksi (hidastavaksi) voimaksi, kappaleen magnetointi I tulee yhtä suureksi kuin nolla.

Pakovoima ja hystereesisilmukan muoto luonnehtivat ferromagneetin ominaisuutta ylläpitää jäännösmagnetointia ja määräävät ferromagneettien käytön eri tarkoituksiin. Ferromagneetteja, joissa on laaja hystereesisilmukka, kutsutaan koviksi magneettisiksi materiaaleiksi (hiili, volframi, kromi, alumiini-nikkeli ja muut teräkset). Niillä on suuri pakkovoima ja niitä käytetään kestomagneettien luomiseen erilaisia ​​muotoja(nauha, hevosenkenkä, magneettineulat). Pehmeitä magneettisia materiaaleja, joilla on alhainen koersitiivisuus ja kapea hystereesisilmukka, ovat rauta ja rauta-nikkeliseokset. Näitä materiaaleja käytetään muuntajien, generaattoreiden ja muiden laitteiden ytimien valmistukseen, joiden käyttöolosuhteissa magnetoinnin kääntyminen tapahtuu vuorottelevissa magneettisilmukaissa. Ferromagneetin magnetoinnin kääntyminen liittyy spontaanin magnetisoitumisen alueiden pyörimiseen. Tätä varten tarvittava työ tehdään ulkoisen magneettikentän energian ansiosta. Magnetoinnin käänteessä vapautuva lämmön määrä on verrannollinen hystereesisilmukan pinta-alaan.

Curie-pisteen alapuolella olevissa lämpötiloissa mikä tahansa ferromagneettinen kappale koostuu verkkotunnukset - pienet alueet, joiden lineaariset mitat ovat suuruusluokkaa 10 -2 -10 -3 cm ja joiden sisällä on suurin magnetisoitumisarvo, joka on yhtä suuri kuin saturaatiomagnetisaatio. Verkkotunnuksia kutsutaan eri tavalla spontaanin magnetisoitumisen alueet. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa yksittäisten alueiden magneettisten momenttien vektorit suuntautuvat ferromagneetin sisään täysin satunnaisesti, jolloin koko kappaleen magneettinen kokonaismomentti on nolla (kuva). Ferromagneeteissa olevan ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta yksittäisten atomien tai molekyylien magneettiset momentit eivät pyöri kenttää pitkin, kuten paramagneeteissa, vaan kokonaisia ​​spontaanin magnetisoitumisen alueita - alueita. Kun ulkoinen kenttä kasvaa, ulkoista kenttää pitkin magnetoituneiden domeenien koot kasvavat johtuen muiden suuntautuneiden domeenien koon pienenemisestä (ei vastaa ulkoisen kentän suuntaa). Riittävän voimakkaalla ulkoisella magneettikentällä koko ferromagneettinen kappale magnetoituu. Magnetoitumisen suuruus saavuttaa maksimiarvonsa - tapahtuu magneettinen kyllästyminen. Ulkoisen kentän puuttuessa osa domeenien magneettisista momenteista pysyy orientoituneina, mikä selittää jäännösmagnetisoinnin olemassaolon ja mahdollisuuden luoda kestomagneetit.

Ferromagneettien käyttö tekniikassa. Generaattorien ja sähkömoottorien roottorit; muuntajien ytimet, sähkömagneettiset releet; elektronisissa tietokoneissa (tietokoneissa), puhelimissa, nauhureissa ja magneettinauhoissa.

Paramagneettisille aineille on tunnusomaista, että ne magnetisoituvat ulkoisessa magneettikentässä; jos tämä kenttä kytketään pois päältä, paramagneettiset aineet palaavat ei-magnetoituneeseen tilaan. Magnetisoituminen ferromagneeteissa säilyy myös ulkoisen kentän sammuttamisen jälkeen. Kuvassa Kuvassa 2 on esitetty tyypillinen hystereesisilmukka magneettisesti kovalle (suurilla häviöillä) ferromagneettiselle materiaalille. Se luonnehtii magneettisesti järjestetyn materiaalin magnetisoinnin moniselitteistä riippuvuutta magnetointikentän voimakkuudesta. Magneettikentän voimakkuuden kasvaessa alkupisteestä (nolla) (1) magnetoituminen tapahtuu katkoviivaa 1-2 pitkin, ja m:n arvo muuttuu merkittävästi näytteen magnetisoitumisen kasvaessa. Kohdassa 2 saavutetaan kyllästyminen, ts. jännitteen lisääntyessä magnetointi ei enää kasva. Jos nyt pienennämme H:n arvoa vähitellen nollaan, käyrä B(H) ei enää seuraa edellistä polkua, vaan kulkee pisteen 3 läpi paljastaen ikään kuin "muiston" materiaalista " mennyt historia", josta tulee nimi "hystereesi". Ilmeisesti tässä tapauksessa jäännösmagnetointi säilyy (segmentti 1-3). Kun magnetointikentän suunta on vaihdettu vastakkaiseen suuntaan, B (H) -käyrä ohittaa pisteen 4 ja segmentti (1)-(4) vastaa demagnetisoitumisen estävää pakkovoimaa. Arvojen (-H) lisäys tuo hystereesikäyrän kolmanteen neljännekseen - osa 4-5. Seuraava arvon lasku (-H) -H) nollaan ja sitten H:n positiivisten arvojen kasvu johtaa hystereesisilmukan sulkeutumiseen pisteiden 6, 7 ja 2 kautta.

Riisi. 2. TYYPILLINEN HYSTEREESISILMUKKO magneettisesti kovalle ferromagneettiselle materiaalille. Kohdassa 2 saavutetaan magneettinen kylläisyys. Osa 1-3 määrittää jäännösmagneettisen induktion ja osa 1-4 määrittelee pakkovoiman, joka kuvaa näytteen kykyä vastustaa demagnetisaatiota.

Magneettisille koville materiaaleille on ominaista leveä hystereesisilmukka, joka kattaa merkittävän alueen kaaviossa ja vastaa siten suuria arvoja jäännösmagnetointi (magneettinen induktio) ja pakkovoima. Kapea hystereesisilmukka (kuva 3) on ominaista pehmeille magneettisille materiaaleille, kuten pehmeälle teräkselle ja erikoisseoksille, joilla on korkea magneettinen permeabiliteetti. Tällaisia ​​seoksia luotiin tarkoituksena vähentää hystereesin aiheuttamia energiahäviöitä. Suurimmalla osalla näistä erikoisseoksista, kuten ferriiteistä, on korkea sähkövastus, mikä vähentää paitsi magneettisia häviöitä myös pyörrevirtojen aiheuttamia sähköisiä häviöitä.

Riisi. 3. TYYPILLINEN HYSTEREESISILMUKKO pehmeälle magneettiselle materiaalille (esim. raudalle). Koska silmukan pinta-ala on verrannollinen energiahäviöihin, tällaisilla materiaaleilla on vähän vastustuskykyä demagnetoitumiselle ja niille on ominaista pienet energiahäviöt.

Korkean läpäisevyyden omaavia magneettimateriaaleja valmistetaan hehkuttamalla, joka suoritetaan pitämällä noin 1000 °C:n lämpötilassa, mitä seuraa karkaisu (asteittainen jäähdytys) huoneenlämpötilaan. Tässä tapauksessa alustava mekaaninen ja lämpökäsittely sekä epäpuhtauksien puuttuminen näytteestä ovat erittäin tärkeitä. Muuntajaytimille 1900-luvun alussa. Kehitettiin piiteräksiä, joiden arvo nousi piipitoisuuden kasvaessa. Vuosien 1915 ja 1920 välillä permalloosseja (Ni:n ja Fe:n seoksia) ilmestyi tyypillinen kapea ja lähes suorakulmainen hystereesisilmukka. Erityisesti korkeat arvot magneettinen permeabiliteetti m pienillä H-arvoilla eroaa hypernic- (50 % Ni, 50 % Fe) ja mu-metalliseoksissa (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr), kun taas perminvarissa ( 45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) m:n arvo on käytännössä vakio laajalla kentänvoimakkuuden muutosalueella. Nykyaikaisista magneettisista materiaaleista on mainittava supermalloy - seos, jolla on korkein magneettinen läpäisevyys (se sisältää 79% Ni:tä, 15% Fe:tä ja 5% Mo:ta).

(otettu osoitteesta http://www.phyzika.ru/Magnitnoe.html)

On olemassa magneettinen, ferrosähköinen, dynaaminen ja elastinen hystereesi. Sitä löytyy myös biologiassa, maaperätieteessä ja taloudessa. Lisäksi tämän määritelmän ydin on melkein sama. Mutta artikkelissa puhumme erityisesti magneettisesta, opit yksityiskohtaisemmin tästä ilmiöstä, mistä se riippuu ja milloin se ilmenee. Tämä ilmiö opiskellut teknisissä yliopistoissa, vuonna koulun opetussuunnitelma ei ole mukana, joten kaikki eivät tiedä siitä.

Magneettinen hystereesi

Tämä on peruuttamaton ja moniselitteinen aineen magnetointiindeksin (ja nämä ovat pääsääntöisesti magneettisesti järjestettyjä ferromagneetteja) riippuvuus ulkoisesta kentästä.Tässä tapauksessa kenttä muuttuu jatkuvasti - pienenee tai kasvaa. Yleinen syy hystereesin olemassaolo on epästabiilin tilan ja stabiilin termodynaamisen potentiaalin minimiä, ja niiden välillä on myös peruuttamattomia siirtymiä. Hystereesi on myös 1. lajin magneettisen orientaation ilmentymä. Niiden avulla siirtymiä vaiheista toiseen tapahtuu metastabiilien tilojen vuoksi. Ominaisuus on kaavio, jota kutsutaan "hystereesisilmukaksi". Joskus sitä kutsutaan myös "magnetointikäyräksi".

Hystereesisilmukka

Kuvaajassa M vs. H näet:

1. Nollatilasta, jossa M = 0 ja H = 0, H kasvaessa, myös M kasvaa.
2. Kun kenttä kasvaa, magnetoituminen muuttuu lähes vakioksi ja on yhtä suuri kuin saturaatioarvo.
3. Kun H pienenee, tapahtuu päinvastainen muutos, mutta kun H = 0, magnetointi M ei ole nolla. Tämä muutos näkyy demagnetisaatiokäyrässä. Ja kun H = 0, M saa arvon, joka on yhtä suuri kuin jäännösmagnetointi.
4. Kun H kasvaa alueella -Ht... +Ht, magnetointi muuttuu kolmatta käyrää pitkin.
5. Kaikki kolme prosesseja kuvaavaa käyrää ovat yhteydessä toisiinsa ja muodostavat eräänlaisen silmukan. Tämä kuvaa hystereesi-ilmiötä - magnetisaatio- ja demagnetisaatioprosesseja.

Magnetisoiva energia

Silmukkaa pidetään epäsymmetrisenä siinä tapauksessa, että H1-kentän maksimiarvot, joita sovelletaan taaksepäin ja eteenpäin, eivät ole samat. Yllä kuvasimme silmukkaa, joka on tyypillistä hitaalle magnetoinnin käänteisprosessille. Niiden avulla H:n ja M:n arvojen väliset kvasi-tasapainosuhteet säilyvät. On tarpeen kiinnittää huomiota siihen, että magnetoinnin tai demagnetoinnin aikana M on jäljessä H:sta. Ja tämä johtaa siihen, että kaikki energia, joka ferromagneettinen materiaali hankkii magnetoinnin aikana, ei luovuta kokonaan demagnetisointisyklin läpikäydessään. Ja tämä ero menee kaikki ferromagneetin lämmittämiseen. Ja magneettinen hystereesisilmukka osoittautuu tässä tapauksessa epäsymmetriseksi.

Silmukan muoto

Silmukan muoto riippuu monista parametreista - magnetoinnista, häviöiden esiintymisestä jne kemiallinen koostumus ferromagneetti, sen rakenteellinen tila, lämpötila, vikojen luonne ja jakautuminen, käsittelyn olemassaolo (lämpö, ​​termomagneettinen, mekaaninen). Siksi ferromagneettien hystereesiä voidaan muuttaa käsittelemällä materiaalit mekaanisesti. Tämä muuttaa kaikki materiaalin ominaisuudet.

Hystereesihäviöt

Ferromagneetin dynaamisen magnetoinnin kääntämisen aikana vaihtuvalla magneettikentällä havaitaan häviöitä. Lisäksi ne muodostavat vain pienen osan magneettisista kokonaishäviöistä. Jos silmukoilla on sama korkeus (sama maksimimagnetointiarvo M), dynaaminen tyyppinen silmukka osoittautuu leveäksi kuin staattinen. Tämä johtuu siitä, että kaikkiin tappioihin lisätään uusia. Nämä ovat dynaamisia häviöitä, ja ne liittyvät yleensä magneettiseen viskositeettiin. Kaiken kaikkiaan saadaan melko merkittäviä hystereesin aiheuttamia häviöitä.

Yhden toimialueen ferromagneetit

Jos hiukkaset ovat erikokoisia, tapahtuu pyörimisprosessi. Tämä johtuu siitä, että uusien domeenien muodostuminen on energian kannalta epäedullista. Mutta hiukkasten pyörimisprosessia haittaa anisotropia (magneettinen). Hänellä voi olla eri alkuperää- muodostuu itse kiteessä, syntyy elastisesta jännityksestä jne.). Mutta juuri tämän anisotropian avulla sisäkenttä säilyttää magnetisoinnin. Sitä kutsutaan myös tehokkaaksi magneettiseksi anisotropiakenttään. Ja magneettinen hystereesi johtuu siitä, että magnetointi muuttuu kahteen suuntaan - eteenpäin ja taaksepäin. Yksidomainisten ferromagneettien magnetoinnin käänteessä tapahtuu useita hyppyjä. Magnetointivektori M kääntyy kohti kenttää H. Lisäksi kierto voi olla tasaista tai epähomogeenista.

Monen alueen ferromagneetit

Niissä magnetointikäyrä on rakennettu samalla tavalla, mutta prosessit tapahtuvat eri tavalla. Kun magnetoinnin käänteinen tapahtuu, alueen rajat siirtyvät. Näin ollen yksi syistä hystereesin esiintymiseen voi olla viive rajan siirtymissä sekä peruuttamattomia hyppyjä. Joskus (jos ferromagneeteilla on melko suuri kenttä) magneettinen hystereesi määräytyy magnetoinnin käänteisten ytimien kasvun ja muodostumisen viiveellä. Näistä ytimistä muodostuu ferromagneettisten aineiden domeenirakenne.

Hystereesiteoria

On syytä ottaa huomioon, että hystereesiä esiintyy myös kentän H pyöriessä, eikä vain silloin, kun sen etumerkki ja suuruus muuttuvat. Tätä kutsutaan magneettiseksi rotaatiohystereesiksi ja se vastaa magnetoinnin suunnan M muutosta kentän H suunnan muutoksella. Magneettisen rotaatiohystereesin esiintyminen havaitaan myös, kun tutkittavaa näytettä kierretään suhteessa kiinteään kenttään H .

Magnetointikäyrä luonnehtii myös alueen magneettista rakennetta. Rakenne muuttuu magnetisoinnin ja magnetoinnin käänteisen prosessin aikana. Muutokset riippuvat siitä, kuinka paljon alueen rajat siirtyvät ja ulkoisen magneettikentän vaikutuksista. Ehdottomasti kaikki, mikä voi viivyttää kaikkia yllä kuvattuja prosesseja, muuttaa ferromagneetit epävakaaksi tilaan ja on syynä magneettisen hystereesin esiintymiseen.

On otettava huomioon, että hystereesi riippuu monista parametreista. Magnetisaatio muuttuu vaikutuksen alaisena ulkoiset tekijät- lämpötila, elastinen jännitys, siksi tapahtuu hystereesi. Tässä tapauksessa hystereesi ei esiinny vain magnetoinnissa, vaan myös kaikissa niissä ominaisuuksissa, joista se riippuu. Kuten tästä voidaan nähdä, hystereesi-ilmiö voidaan havaita paitsi materiaalin magnetoinnin aikana, myös muiden siihen suoraan tai epäsuorasti liittyvien fysikaalisten prosessien aikana.

Hystereesi on monimutkainen käsite prosesseista, jotka tapahtuvat järjestelmissä ja aineissa, jotka pystyvät keräämään erilaisia ​​energioita, kun taas sen kasvun nopeus ja intensiteetti eroavat sen laskukäyrästä, kun isku poistetaan. Kreikasta käännettynä hystereesin käsite on käännetty viiveeksi, ja siksi se tulisi ymmärtää yhden prosessin viivästymisenä suhteessa toiseen. Tässä tapauksessa ei ole ollenkaan välttämätöntä, että hystereesivaikutus on tyypillinen vain magneettiselle medialle.

Tämä ominaisuus ilmenee monissa muissa järjestelmissä ja ympäristöissä:

• hydrauliikka;
• kinematiikka;
• elektroniikka;
• biologia;
• taloutta.

Käsitettä käytetään erityisen usein säädettäessä lämpötilaolosuhteita lämmitysjärjestelmissä.

Fysikaalisen ilmiön piirteet

Keskitymme elektroniikkatekniikan hystereesi liittyy magneettisiin prosesseihin erilaisia ​​aineita. Se näyttää, kuinka tämä tai toinen materiaali käyttäytyy sähkömagneettisessa kentässä, ja näin voidaan rakentaa riippuvuuskäyrät ja ottaa joitakin lukemia ympäristöistä, joissa nämä samat materiaalit sijaitsevat. Tätä tehostetta käytetään esimerkiksi termostaatin toiminnassa.

Kun tarkastellaan yksityiskohtaisemmin hystereesin käsitettä ja siihen liittyvää vaikutusta, voidaan havaita tällainen ominaisuus. Aine, jolla on tämä ominaisuus, voi kyllästyä. Eli tämä on tila, jossa se ei enää pysty keräämään energiaa itsessään. Ja kun tarkastellaan prosessia ferromagneettisten materiaalien esimerkillä, energia ilmaistaan ​​magnetoinnilla, joka johtuu aineen molekyylien välisestä olemassa olevasta magneettisesta yhteydestä. Ja ne luovat magneettisia momentteja - dipoleja, jotka normaalitilassa on suunnattu kaoottisesti.

Magnetointi tässä tapauksessa– tämä on tietyn suunnan omaksumista magneettisilla momenteilla. Jos ne on suunnattu kaoottisesti, ferromagneetti katsotaan demagnetoituneeksi. Mutta kun dipolit suunnataan yhteen suuntaan, materiaali magnetoituu. Kelan sydämen magnetoitumisasteen perusteella voidaan arvioida sen läpi kulkevan virran luoman magneettikentän suuruus.

Fyysinen prosessi hystereesin aikana

Ymmärtääksesi hystereesiprosessin yksityiskohtaisesti, sinun on tutkittava perusteellisesti seuraavat käsitteet:

Mitä tulee materiaaleihin, joissa hystereesivaikutus havaitaan parhaiten, nämä ovat ferromagneetteja. Se on seos kemiallisia alkuaineita, joka kykenee magnetoitumaan magneettisten dipolien suunnan vuoksi Yleensä koostumus sisältää metalleja, kuten:

• rauta;
• koboltti;
• nikkeli;
• niihin perustuvia yhdisteitä.

Nähdäksesi hystereesin, ferromagneettisella ytimellä varustettuun kelaan on syötettävä vaihtojännite. Samanaikaisesti magnetointikäyrä ei riipu suuresti sen suuruudesta, koska vaikutus riippuu suoraan itse materiaalin ominaisuuksista ja aineen elementtien välisen magneettisen yhteyden suuruudesta.

Pohjimmiltaan elektroniikan hystereesin käsitettä tarkasteltaessa on nimenomaan magneettinen induktio B, joka syntyy kelan ympärille, kun jännite kytketään. Se määritetään standardikaavalla aineen magneettisen dielektrisyysvakion ja kentänvoimakkuuden ja magnetisoitumisen summan tulona.

Ymmärtää yleinen käytäntö hystereesi vaikutus , sinun on käytettävä aikataulua. Se näyttää magnetointisilmukan täydellisen demagnetisoitumisen tilasta. Alue voidaan merkitä numeroilla 0-1. Kun materiaalilla on riittävä jännite ja kesto altistuminen magneettikentälle, kuvaaja saavuttaa ääripisteensä ilmoitettua lentorataa pitkin. Prosessia ei suoriteta suorassa linjassa, vaan käyrällä, jolla on tietty taivutus, joka kuvaa materiaalin ominaisuuksia. Mitä enemmän magneettisia sidoksia aineen molekyylien välillä on, sitä nopeammin se saavuttaa kyllästymisen.

Kun jännite on poistettu kelasta, magneettikentän voimakkuus putoaa nollaan. Tämä on alue kaaviossa 1-2. Tässä tapauksessa materiaali pysyy magnetoituna magneettisten momenttien suunnasta johtuen. Mutta magnetisaation suuruus on hieman pienempi kuin kyllästymisessä. Jos tällainen vaikutus havaitaan aineessa, se kuuluu ferromagneetteihin, jotka kykenevät keräämään magneettikentän aineen molekyylien välisten vahvojen magneettisten sidosten vuoksi.

Kun käämiin syötettävän jännitteen napaisuus muuttuu, demagnetointiprosessi jatkuu samaa käyrää pitkin kyllästymiseen asti. Vain tässä tapauksessa dipolien magneettiset momentit suuntautuvat vastakkaiseen suuntaan. Verkon taajuudella prosessi toistetaan säännöllisin väliajoin kuvaamalla graafia, jota kutsutaan magneettiseksi hystereesisilmukaksi.

Kun ferromagneetti magnetoidaan toistuvasti pienemmällä intensiteetillä kuin kyllästettynä, on mahdollista saada käyräperhe, josta voidaan muodostaa yleinen aikataulu, joka kuvaa aineen tilaa täysin demagnetoidusta täysin magnetoituneeseen.

Hystereesi on monimutkainen käsite, joka kuvaa aineen kykyä akkumuloida magneettikentän tai muun suuren energiaa aineen molekyylien välisten magneettisten sidosten tai järjestelmän toimintaominaisuuksien vuoksi. Mutta ei vain raudan, koboltin ja nikkelin seokset voivat vaikuttaa tähän. Bariumtitanaatti antaa hieman erilaisen tuloksen, jos se sijoitetaan kenttään tietyllä intensiteetillä.

Koska se on ferrosähköinen, siinä havaitaan dielektristä hystereesiä. Käänteinen hystereesisilmukka muodostuu, kun väliaineeseen kohdistettu jännite on vastakkainen polariteetti, ja materiaaliin vaikuttavan vastakkaisen kentän suuruutta kutsutaan pakkovoimaksi.

Tässä tapauksessa kentänvoimakkuus voi edeltää eri intensiteettejä, mikä liittyy dipolien todellisen tilan erityispiirteisiin - magneettisiin momenteihin edellisen magnetoinnin jälkeen. Myös prosessiin vaikuttaa erilaisia ​​epäpuhtauksia materiaaliin sisältyvät. Mitä enemmän niitä on, sitä vaikeampaa on siirtää dipolien seinämiä, joten ns. jäännösmagnetointi jää jäljelle.

Mikä vaikuttaa hystereesisilmukkaan?

Näyttäisi siltä, hystereesi on enemmän sisäinen vaikutus, joka ei näy materiaalin pinnalla, mutta se riippuu voimakkaasti paitsi itse materiaalin tyypistä myös sen mekaanisen käsittelyn laadusta ja tyypistä. Esimerkiksi rauta kyllästyy jännitteellä, joka on yhtä suuri kuin 1 Oe, ja magneettiseos saavuttaa Kriittinen piste vain 580e. Mitä enemmän materiaalin pinnassa on vikoja, sitä suurempi on magneettikentän voimakkuus, joka tarvitaan sen kyllästymiseen.

Magnetoinnin ja demagnetoinnin seurauksena materiaalissa vapautuu lämpöenergiaa, joka on yhtä suuri kuin hystereesisilmukan pinta-ala. Myös ferromagneetin häviöt sisältävät pyörrevirtojen vaikutuksen ja aineen magneettisen viskositeetin. Tämä havaitaan yleensä, kun magneettikentän taajuus muuttuu ylöspäin.

Riippuen ferromagneetin käyttäytymisen luonteesta ympäristössä, jossa on magneettikenttä, on olemassa staattinen ja dynaaminen hystereesi. Ensimmäinen havaitaan nimellisjännitetaajuudella, mutta kun se kasvaa, kaavion pinta-ala kasvaa, mikä johtaa myös häviöiden lisääntymiseen.

Muut ominaisuudet

Magneettisen hystereesin lisäksi on olemassa myös Galvomagneettiset ja magnetostriktiiviset vaikutukset. Näissä prosesseissa tapahtuu muutos sähkövastus materiaalin mekaanisen muodonmuutoksen vuoksi. Ferrosähköiset muodonmuutosvoimien vaikutuksesta pystyvät tuottamaan sähkövirtaa, mikä selittyy pietsosähköisellä hystereesillä. On myös sähköoptisen ja kaksoisdielektrisen hystereesin käsite. Viimeinen prosessi on yleensä eniten kiinnostava, koska siihen liittyy kaksoiskaavio vyöhykkeillä, jotka lähestyvät kyllästymispisteitä.

Hystereesin määritelmä ei koske vain elektroniikassa käytettäviä ferromagneetteja. Tämä prosessi voi myös tapahtua termodynamiikassa. Esimerkiksi kun järjestät lämmityksen kaasu- tai sähkökattilasta. Järjestelmän säätökomponentti on termostaatti. Mutta ainoa säädelty muuttuja on järjestelmän veden lämpötila.

Kun se laskee ennalta määrätylle tasolle, kattila käynnistyy ja alkaa lämmittää esiasetettuun arvoon. Sitten se sammuu ja prosessi toistuu jaksossa. Jos otat lämpötilalukemia lämmittäessäsi ja jäähdyttäessäsi järjestelmää jokaisella lämmityksen päälle- ja poiskytkentäjaksolla, saat kaavion hystereesisilmukan muodossa, jota kutsutaan kattilan hystereesiksi.

Tällaisissa järjestelmissä hystereesi ilmaistaan ​​lämpötilassa. Esimerkiksi, jos se on 4 °C ja jäähdytysnesteen lämpötila on asetettu 18 °C:seen, kattila sammuu, kun se saavuttaa 22 °C. Siten voit mukauttaa mitä tahansa hyväksyttävää lämpötilajärjestelmä sisällä. Termostaatti on itse asiassa lämpötila-anturi tai termostaatti, joka kytkee lämmityksen päälle tai pois päältä, kun alempi ja ylempi kynnys saavutetaan.

Hystereesi

Magneettisen hystereesin ilmiötä havaitaan paitsi kentän muuttuessa H suuruudessa ja merkissä, mutta myös sen pyörimisen aikana (magneettinen rotaatiohystereesi), mikä vastaa viivettä (viivettä) suunnanmuutoksessa M suunnanmuutoksen kanssa H. Magneettista rotaatiohystereesiä esiintyy myös, kun näyte pyörii suhteessa kiinteään suuntaan H.

Hystereesiilmiön teoriassa huomioidaan näytteen spesifinen magneettialueen rakenne ja sen muutokset magnetoinnin ja magnetoinnin käänteisyyden aikana. Nämä muutokset johtuvat aluerajojen siirtymisestä ja joidenkin domeenien kasvusta toisten kustannuksella sekä magnetointivektorin pyörimisestä domeeneissa ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta. Kaikki, mikä hidastaa näitä prosesseja ja mahdollistaa magneettien siirtymisen metastabiileihin tiloihin, voi aiheuttaa magneettista hystereesiä.

Yksidomeeniisissa ferromagneettisissa hiukkasissa (pienikokoisissa hiukkasissa, joissa domeenien muodostuminen on energeettisesti epäedullista) voi tapahtua vain pyörimisprosesseja M. Näitä prosesseja haittaa eri alkuperää oleva magneettinen anisotropia (itsen kiteen anisotropia, hiukkasten muodon anisotropia ja elastisten jännitysten anisotropia). Anisotropian ansiosta M ikään kuin se olisi jonkin sisäisen kentän (magneettisen anisotropian tehollinen kenttä) pitämänä pitkin yhtä helpon magnetisoinnin akseleista, mikä vastaa minimienergiaa. Magneettinen hystereesi tapahtuu, koska kaksi suuntaa M(mittainen ja vasten) tätä akselia magneettisesti yksiakselisessa näytteessä tai useissa vastaavissa (energia)suunnissa M magneettisesti moniakselisessa näytteessä vastaavat tiloja, jotka on erotettu toisistaan ​​potentiaaliesteellä (suhteellinen). Kun yhden alueen hiukkaset uudelleenmagnetoidaan, vektori M sarja peräkkäisiä peruuttamattomia hyppyjä kääntyy suuntaan H. Tällaiset pyöritykset voivat tapahtua tilavuudeltaan sekä tasaisesti että epätasaisesti. Tasaisella pyörimisellä M pakkovoima. Epätasaisen pyörimisen mekanismi on universaalimpi M. Sillä on kuitenkin suurin vaikutus siinä tapauksessa, että päärooli on hiukkasen muodon anisotropialla. Tässä tapauksessa tehokas muodon anisotropiakenttä voi olla huomattavasti pienempi.

Ferrosähköinen hystereesi- epäselvä silmukan muotoinen polarisaatioriippuvuus P ferrosähköiset materiaalit ulkoisesta sähkökentästä E kun se muuttuu syklisesti. Ferrosähköisillä kiteillä on spontaani (spontaani, eli ulkoisen sähkökentän puuttuessa) sähköinen polarisaatio tietyllä lämpötila-alueella P c. Polarisaatiosuuntaa voidaan muuttaa sähkökentän avulla. Samaan aikaan riippuvuus P(E) polaarisessa vaiheessa on epäselvä, arvo P annettu E riippuu esihistoriasta eli siitä, mikä sähkökenttä oli aikaisemmilla hetkillä. Ferrosähköisen hystereesin perusparametrit:

• jäännöskidepolarisaatio P ost, at E = 0
• kentän arvo E Kt (pakkokenttä), jossa repolarisaatio

Elastinen hystereesi

Hystereesiä käytetään vaimentamaan kohinaa (nopeat värähtelyt, koskettimen pomppiminen) logiikkasignaaleja vaihdettaessa.

Kaikentyyppisissä elektronisissa laitteissa havaitaan termisen hystereesin ilmiö: laitteen lämmittämisen ja sen jälkeisen jäähdytyksen jälkeen alkulämpötilaan sen parametrit eivät palaa alkuperäisiin arvoihin. Puolijohdekiteiden, kidepitimien, mikropiiripakettien ja piirilevyjen epätasaisesta lämpölaajenemisesta johtuen kiteissä syntyy mekaanisia jännityksiä, jotka jatkuvat jäähtymisen jälkeenkin. Lämpöhystereesin ilmiö on havaittavin tarkoissa analogia-digitaalimuuntimissa, joita käytetään analogia-digitaalimuuntimien mittauksessa. Nykyaikaisissa mikropiireissä lämpöhystereesin aiheuttama vertailujännitteen suhteellinen siirtymä on luokkaa 10-100 ppm.

Biologiassa

Hystereettiset ominaisuudet ovat ominaisia luustolihakset nisäkkäät.

Maaperätieteessä

Yksi niistä osoittaa vaikutuksen kohteen tekemien ponnistelujen ja saavutetun tuloksen välisen suhteen. Tutkittavan koulutus- ja propagandatyön taso voidaan korreloida yleisen mielipiteen kohteena olevan "magnetisoitumisen" (asteen uuteen ideaan) kanssa, sosiaalinen ryhmä, kollektiivinen, sosiaalinen yhteisö tai koko yhteiskunta; tässä tapauksessa jonkin verran viivettä kohteen ja kohteen välillä saattaa ilmetä. Taivuttelu, mukaan lukien ne, joilla oletetaan olevan tuhoisia seurauksia, ei aina onnistu. Se riippuu omista moraalisista arvoista, tavoista, perinteistä, aiemman kasvatuksen luonteesta eettisiä standardeja, hallitseva yhteiskunnassa jne.

Toinen seikka johtuu siitä, että uusi vaihe yleisen mielipiteen muodostuminen voidaan korreloida kohteen historiaan, sen kokemukseen, sen arvioon niiltä, ​​jotka ovat aiemmin toimineet yleisen mielipiteen muodostumisen kohteena. Tässä tapauksessa voidaan havaita, että yleisen mielipiteen muodostumisajan "vertailupiste" siirtyy edelliseen verrattuna, mikä on ominaista systeemille itselleen ja sen nykyiselle tilalle.

Kirjallisuutta aiheesta

• Raddai Raikhlin Sisällissota, terrori ja rosvollisuus. Sosiologian ja sosiaalisen dynamiikan systematisointi. Osio "Crowd Control"
• Kapustin Valeri Sergeevich Johdatus sosiaalisen itseorganisoitumisen teoriaan. Aihe 11. Hystereesin ilmiö kansallisten muotojen ja itseorganisaatiomenetelmien muodostumisessa. Nykyajan paradoksit ja "alkun" mysteerit

Filosofiassa

Hystereesin matemaattiset mallit

Ulkomuoto matemaattisia malleja hystereesi-ilmiöt määritteli melko runsas joukko sovellettavia ongelmia (ensisijaisesti automaattiohjauksen teoriassa), joissa hystereesin kantajia ei voida tarkastella erillään, koska ne olivat osa tiettyä järjestelmää. Hystereesin matemaattisen teorian luominen juontaa juurensa 1900-luvun 60-luvulle, jolloin Voronežin yliopistossa alkoi seminaari "hystereesin" aiheista M.A. Krasnoselskin johdolla. Myöhemmin, vuonna 1983, ilmestyi monografia, jossa useat hystereettiset ilmiöt saivat muodollisen kuvauksen systeemiteorian puitteissa: hystereettisiä muuntimia käsiteltiin operaattoreina riippuen niiden alkutilasta parametrina, joka oli määritelty melko rikkaassa toiminnallisessa avaruudessa (esim. avaruudessa jatkuvat toiminnot), joka toimii tietyssä toiminnallisessa tilassa. Työstä löytyy yksinkertainen parametrinen kuvaus erilaisista hystereesisilmukoista (korvaamalla harmoniset funktiot tässä mallissa suorakaiteen, kolmion tai puolisuunnikkaan muotoisilla pulsseilla saadaan myös paloittain lineaarisia hystereesisilmukoita, joita esiintyy usein diskreetissä automaatiossa, katso esimerkki kuvasta . 2).

Kirjallisuus

Huomautuksia

Wikimedia Foundation. 2010.

Katso, mitä "hystereesi" on muissa sanakirjoissa:

- (kreikkalaisesta hystereesiviiveestä) muutoksen viive fyysinen määrä, joka kuvaa aineen tilaa (ferromagneetin magnetointi M, ferrosähköisen polarisaatio P jne.), muutoksista toisessa fysikaalisessa suuressa, joka määrää... ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

Vaihto, viive Venäjän synonyymien sanakirja. hystereesi substantiivi, synonyymien määrä: 2 viive (10) ... Synonyymien sanakirja

HYSTEREESI, tyypillinen ilmiö elastiset rungot; johtuu siitä, että kehon MUOTOMUUTOS STRESSIN kasvaessa on pienempi kuin silloin, kun se pienenee muodonmuutoksen vaikutuksen viivästymisen vuoksi. Kun mekaaninen jännitys on poistettu kokonaan, jäljelle jää... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

- (kreikkalaisesta hystereesin viiveestä, hidastuminen) 1) G. aerodynamiikassa virtauskentän rakenteen epäselvyys ja siten virtaviivaisen rungon aerodynaamiset ominaisuudet samoilla kinemaattisten parametrien arvoilla, mutta . .. ... Tekniikan tietosanakirja