אפשר לצפות בהיסטרזיס דיאלקטרי - תלות מעורפלת של קיטוב ($\overrightarrow(P)$) בעוצמת השדה החיצוני ($\overrightarrow(E)$) כאשר היא משתנה באופן מחזורי.

מכיוון שלפרואלקטרי יש מבנה תחום, מומנט הדיפול של גביש פרו-אלקטרי בהיעדר דיאלקטרי הוא אפס, עקב הפיצוי ההדדי של מומנטי הדיפול של תחומים בודדים. באופן כללי, מסתבר שהתחום אינו מקוטב. כאשר שדה מוחל, חל שינוי חלקי בכיוון התחומים ועלייה בתחומים מסוימים וירידה באחרים. זה מוביל להופעת קיטוב ($\overrightarrow(P)$) בגביש. התלות של הקיטוב בעוצמת השדה מוצגת באיור 1.

ראשית, הקיטוב גדל לאורך עקומת ה-OA. בנקודה $A$, מתברר כי וקטורי הקיטוב של כל התחומים מכוונים במקביל לשדה $\overrightarrow(E)$. החל מנקודה זו, הקיטוב גדל עקב הקיטוב המושרה $\overrightarrow(P_i)\sim \overrightarrow(E)$, קו ה-OA עובר לקטע AD (קו ישר). כאשר קטע זה נמשך עד שהוא נחתך עם ציר הסמין, הוא חותך עליו קטע, אורכו שווה לקיטוב הספונטני $P_S$.

כאשר עוצמת השדה החשמלי פוחתת, הירידה בקיטוב לא תלך אחרי אותה עקומה צד הפוך, ולאורך העקומה החדשה $DAB"A"D"$, שנמצאת למעלה. זוהי ההיסטרזיס הדיאלקטרי של הפרו-אלקטרי. תהליך של שינוי הכיוון והגדלת התחומים בשדה החשמלי מתעכב. מסתבר כי $\overrightarrow(P)$ אינו נקבע באופן ייחודי ע"י השדה $\overrightarrow(E)$, ותלוי ב"היסטוריה" של הפרו-אלקטרי. אם השדה משתנה בסדר הפוך, אזי התלות של הקיטוב ב החוזק יתואר על ידי העקומה התחתונה $D"A"BAD$, סימטרית עם העקומה $D"A"B" AD$ ביחס למקור O. כך מתקבלת עקומה סגורה $AB"A"BA$ , אשר נקראת לולאת ההיסטרזיס הדיאלקטרית. ניתן להשיג לולאות לאינדוקציה חשמלית באופן דומה. אם התזוזה החשמלית משורטטת לאורך ציר האורדינאטה ($\overrightarrow(D)$):

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

לולאת ההיסטרזיס עבור אינדוקציה שונה רק בקנה מידה מעיקומות $P=P(E)$, שכן בפרו-אלקטריה $E\ll D$, ניתן להזניח את האיבר הראשון ב-(1).

החצים על העקומה (איור 1) מראים את כיוון התנועה של הנקודה לאורך העקומה כאשר עוצמת השדה משתנה. קטע ה-OS מאפיין את הקיטוב השיורי, כלומר את זה שיש למדגם הפרו-אלקטרי כאשר חוזק השדה ירד לאפס. הקטע $OB"$ מאפיין את העוצמה, שיש לה כיוון הפוך לקיטוב, שבו פרואלקטרי נתון מאבד לחלוטין את הקיטוב שלו. ככל שהערך של הקטע OS גדול יותר, כך הקיטוב השיורי של הפרו-אלקטרי גדול יותר. מידה גדולה יותר$OB"$, ככל שהקיטוב השיורי נשמר על ידי הפרו-אלקטרי.

לולאת היסטרזיס

קל להשיג את לולאת ההיסטרזיס על מסך האוסילוסקופ. לשם כך, שני קבלים מחוברים בסדרה, החלל בין הלוחות של אחד מהם מלא בפרואלקטרי (נכנה את הקיבול שלו $C_s$). לאספקת חשמל משתמשים בזרם חילופין מגנרטור. מכיוון שהקבלים מחוברים בסדרה, המטענים על הלוחות שלהם שווים והאינדוקציה זהה:

כאשר $D_0$ הוא השראת השדה בקבל עם דיאלקטרי קונבנציונלי, $D$ הוא השראת השדה בקבל עם פרו-אלקטרי. מכיוון שלקבל רגיל, הקבוע הדיאלקטרי קבוע, המתח על פני קבל רגיל הוא פרופורציונלי לאינדוקציה. אם תפעיל מתח על לוחות ההטיה האופקיים של אוסילוסקופ מקבל עם פרו-אלקטרי, ועל לוחות ההטיה האנכיים מקבל רגיל, אזי לולאת היסטרזה תשוחזר על מסך האוסילוסקופ.

דוגמה 1

משימה: הסבירו מדוע אומרים שתופעת ההיסטרזיס מאפשרת לנו להמחיש את תפקידם של תחומים בקיטוב של פרואלקטרי?

קיומם של תחומים בפרו-אלקטרי קובע את התכונות הלא-לינאריות שלו. קודם כל, זוהי התלות הלא ליניארית של הקיטוב ($\overrightarrow(P)$) בעוצמת השדה החיצונית ($\overrightarrow(E)$):

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

כאשר $\varkappa \left(\overrightarrow(E)\right)$ -- רגישות דיאלקטרית תלויה בחוזק השדה החיצוני. התלות הלא ליניארית של הקיטוב בשדה החיצוני היא שמובילה להיסטרזה בשדות חשמליים.

בואו נסתכל מקרוב על איור. 1. בשדות קטנים (קטע $OA_1$), הקיטוב עדיין תלוי באופן ליניארי בעוצמה, התחומים עדיין לא חוברו לקיטוב. באזור $A_1A$ יש עלייה אינטנסיבית בקיטוב עם עלייה בעוצמת השדה, הקשורה לתהליך הלא ליניארי של כיוון מחדש של תחומים לאורך כיוון השדה החיצוני. בנקודה A, כל התחומים מכוונים לאורך השדה. עלייה נוספת בקיטוב עם הגדלת חוזק השדה החיצוני מתרחשת באופן ליניארי ואינה קשורה למבנה התחום. זה מתרחש עקב קיטוב המושרה בשדה. ירידה בעוצמת השדה החל מנקודה A חוזרת על תהליך הקיטוב הראשוני בסדר הפוך. הנוכחות של קיטוב שיורי מצביעה על כך שהפרואלקטרי מנסה לשמור על כיוון התחומים בכיוון אחד. יישום של שדה בכיוון הפוך מוביל לירידה בקיטוב של הפרו-אלקטרי עד לאפס. עם עלייה נוספת בעוצמת השדה ההפוכה, מתרחשת קיטוב מחדש של התחומים (שינוי סימן) ורוויה נוספת (סעיף $A"D"$), כלומר, הכיוון של כל התחומים לאורך השדה, אך בהיפך כיוון לקטע AD.

דוגמה 2

משימה: הסבירו מדוע ניתן לראות את תופעת ההיסטרזיס במהלך הניסוי, המתבצע באמצעות מעגל עם אוסילוסקופ, המובא באיור 2. בין הלוחות של קבל שטוח אחד נמצא פרואלקטרי, הקיבול שלו הוא $C_S$. החלל בין הלוחות של הקבל השני (C) מלא בדיאלקטרי רגיל. המעגל מופעל על ידי גנרטור, אשר יוצר הבדל פוטנציאל משתנה הרמונית על פני לוחות הקבלים. שטחי לוחות הקבל שווים, המרחקים בין לוחות הקבלים שווים אף הם.

הפרש הפוטנציאל מתחלק בין הקבל, המכיל את הפרו-אלקטרי ($С_S$) לבין קבל האוויר $C$. שטחי לוחות הקבל שווים, המרחק בין הלוחות הוא $d$. במקרה זה, עוצמות השדה בקבלים שוות ל:

\ \

כאשר $\sigma ,\ (\sigma )_S$ הם צפיפות התפלגות מטען פני השטח על לוחות הקבלים, $(\varepsilon )_1$ הוא הקבוע הדיאלקטרי של דיאלקטרי רגיל, $(\varepsilon )_S$ הוא הקבוע הדיאלקטרי של פרו-אלקטרי.

אנו יודעים שלקבלים המחוברים בסדרה יהיו מטענים שווים על הלוחות שלהם, ומכיוון שלקבלים אלה יש אותם פרמטרים גיאומטריים, אנו יכולים לכתוב כי:

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

לכן, הבדלי הפוטנציאל בין הלוחות הם:

\ \

בוא נמצא את היחס $\frac(U_S)(U)$, נקבל:

\[\frac(U_S)(U)=\frac(уd)(\varepsilon_S \varepsilon_0):\frac(уd)((\varepsilon_1 \varepsilon)_0)=\frac(\varepsilon_1)(\varepsilon_S)\\ שמאל(2.6\ימין).\]

אם מתח U מופעל על הסריקה האופקית של האוסילוסקופ, ו$U_S$ מופעל על הסריקה האנכית, אז נוכל לכתוב כי:

לפיכך, כאשר המתח $(E)$ משתנה, תצויר עקומה על מסך האוסילוסקופ, שהאבססיס של נקודותיו נמצא בקנה מידה מסוים $(\varepsilon )_SE$, והאורדינטה $(\varepsilon ) _0(\varepsilon )_1E=D$ באותו סולם. מסתבר שעל מסך האוסילוסקופ מצוירת עקומת היסטרזיס.

עקומת מגנטיזציה ולופ היסטרזיס

כדי לאפיין את תופעת המגנטיזציה של חומר, מוכנסת כמות I, הנקראת מגנטיזציה של החומר.מגנטיזציה ב-SI נקבעת על ידי הנוסחה

עבור גופים פרומגנטיים, מגנטיזציה I היא פונקציה לא ליניארית מורכבת של B 0. התלות של I בערך Во/µ 0 נקראת עקומת המגנטיזציה (איור 2). העקומה מציינת את תופעת הרוויה המגנטית: החל מערך מסוים В/µ 0 = В 0н/µ 0, המגנטיזציה נשארת כמעט קבועה, שווה ל-In (מגנטיזציה רוויה).

היסטרזיס מגנטי (מהיוונית "היסטרזיס" - פיגור של השפעה מהגורם שלה) של פרומגנט הוא פיגור של שינוי בגודל המגנטיזציה של חומר פרומגנטי משינוי החיצוני שדה מגנטי, שבו נמצא החומר. הסיבה הכי חשובההיסטרזה מגנטית היא התלות האופיינית של פרומגנט מאפיינים מגנטיים(µ, I) לא רק על מצב החומר ברגע נתון, אלא גם על הערכים של µ ו-I ברגעי זמן קודמים. לפיכך, יש תלות של תכונות מגנטיות במגנטיזציה הקודמת של החומר.

לולאת ההיסטרזיס היא עקומת התלות של השינוי בגודל המגנטיזציה של גוף פרומגנטי המוצב בשדה מגנטי חיצוני בשינוי באינדוקציה של שדה זה מ-+ Bo/µ 0 ל- Bo/µ 0 ו להיפך. הערך + Во/µ 0 מתאים למגנטיזציית הרוויה I n. על מנת לבטל לחלוטין גוף פרומגנטי, יש צורך לשנות את כיוון השדה החיצוני. בערך מסוים של אינדוקציה מגנטית - B 0k, המתאים לערך B 0k / µ 0, הנקרא כוח הכפייה (המעכב), המגנטיזציה I של הגוף תהיה שווה לאפס.

כוח הכפייה וצורת לולאת ההיסטרזיס מאפיינים את התכונה של פרומגנט לשמור על מגנטיזציה שיורית ולקבוע את השימוש בפרומגנטים למטרות שונות. פרומגנטים בעלי לולאת היסטרזיס רחבה נקראים חומרים מגנטיים קשים (פחמן, טונגסטן, כרום, אלומיניום-ניקל ופלדות אחרות). יש להם כוח כפייה גבוה והם משמשים ליצירת מגנטים קבועים צורות שונות(רצועה, פרסה, מחטים מגנטיות). חומרים מגנטיים רכים בעלי כפייה נמוכה ולולאת היסטרזיס צרה כוללים ברזל וסגסוגות ברזל ניקל. חומרים אלה משמשים לייצור ליבות של שנאים, גנרטורים והתקנים אחרים, שבתנאי ההפעלה שלהם מתרחש היפוך מגנטיזציה בלולאות מגנטיות מתחלפות. היפוך המגנטיזציה של פרומגנט קשור לסיבוב של אזורים של מגנטיזציה ספונטנית. העבודה הנדרשת לכך נעשית בשל האנרגיה של השדה המגנטי החיצוני. כמות החום המשתחררת במהלך היפוך המגנטיזציה היא פרופורציונלית לאזור לולאת ההיסטרזיס.

בטמפרטורות מתחת לנקודת קירי, כל גוף פרומגנטי מורכב ממנו תחומים - קטניםאזורים בעלי ממדים ליניאריים בסדר גודל של 10 -2 -10 -3 ס"מ, שבתוכם יש את הערך הגדול ביותר של מגנטיזציה, השווה למגנטיזציה הרוויה. דומיינים נקראים אחרת אזורים של מגנטיזציה ספונטנית.בהיעדר שדה מגנטי חיצוני, הוקטורים של מומנטים מגנטיים של תחומים בודדים מכוונים בתוך הפרומגנט באופן אקראי לחלוטין, כך שהמומנט המגנטי הכולל של הגוף כולו הוא אפס (איור). בהשפעת שדה מגנטי חיצוני בפרומגנטים, המומנטים המגנטיים של לא אטומים או מולקולות בודדים מסתובבים לאורך השדה, כמו בפראמגנטים, אלא אזורים שלמים של מגנטיזציה ספונטנית - תחומים. ככל שהשדה החיצוני גדל, גדלים גדלים של תחומים הממוגנטים לאורך השדה החיצוני עקב ירידה בגדלים של תחומים בעלי כיוונים אחרים (שלא חופפים לכיוון השדה החיצוני). עם שדה מגנטי חיצוני חזק מספיק, הגוף הפרומגנטי כולו מתמגנט. גודל המגנטיזציה מגיע לערכה המקסימלי - מתרחשת רוויה מגנטית. בהיעדר שדה חיצוני חלק מהמומנטים המגנטיים של התחומים נשאר מכוון, וזה מסביר את קיומה של שיורית מגנטיזציה ואפשרות ליצור מגנטים קבועים.

יישום פרומגנטים בטכנולוגיה. רוטורים של גנרטורים ומנועים חשמליים; ליבות של שנאים, ממסרים אלקטרומגנטיים; במחשבים אלקטרוניים (מחשבים), טלפונים, רשמקולים וקלטות מגנטיות.

חומרים פרמגנטיים מאופיינים בכך שהם מתמגנטים בשדה מגנטי חיצוני; אם שדה זה כבוי, החומרים הפרמגנטיים חוזרים למצב לא ממוגנט. מגנטיזציה בפרומגנטים נשמרת גם לאחר כיבוי השדה החיצוני. באיור. איור 2 מציג לולאת היסטרזה טיפוסית עבור חומר פרומגנטי קשה מגנטית (עם הפסדים גדולים). הוא מאפיין את התלות המעורפלת של המגנטיזציה של חומר מסודר מגנטית בעוצמת השדה הממגנט. עם עלייה בעוצמת השדה המגנטי מנקודת האפס הראשונית (1), מגנטיזציה מתרחשת לאורך הקו המקווקו 1-2, והערך של m משתנה באופן משמעותי ככל שהמגנטיזציה של המדגם עולה. בנקודה 2 מושגת הרוויה, כלומר. עם עלייה נוספת במתח, המגנטיזציה כבר לא עולה. אם כעת נפחית בהדרגה את ערכו של H לאפס, אזי העקומה B(H) כבר לא הולכת בדרך הקודמת, אלא עוברת דרך נקודה 3, וחושפת, כביכול, "זיכרון" של החומר על " היסטוריה", ומכאן השם "היסטרזיס". ברור שבמקרה זה נשמרת מגנטיזציה מסוימת (קטע 1-3). לאחר שינוי כיוון השדה הממגנט לכיוון ההפוך, עקומת B (H) עוברת את נקודה 4, ו קטע (1)-(4) מתאים לכוח הכפייה המונע דה-מגנטיזציה. עלייה נוספת בערכים (-H) מביאה את עקומת ההיסטרזיס לרביע השלישי - סעיף 4-5. הירידה שלאחר מכן בערך ( -H) לאפס ואז עלייה בערכים חיוביים של H תוביל לסגירת לולאת ההיסטרזיס דרך הנקודות 6, 7 ו-2.

אורז. 2. לולאת היסטרזיס טיפוסית לחומר פרומגנטי קשיח מגנטית. בנקודה 2 מושגת רוויה מגנטית. סעיף 1-3 קובע את האינדוקציה המגנטית השיורית, וסעיף 1-4 קובע את כוח הכפייה, המאפיין את יכולת הדגימה להתנגד לדה-מגנטיזציה.

חומרים קשיחים מגנטיים מאופיינים בלולאת היסטרזיס רחבה, המכסה שטח משמעותי בתרשים ולכן תואמת ערכים גדוליםמגנטיזציה שיורית (אינדוקציה מגנטית) וכוח כפייה. לולאת היסטרזיס צרה (איור 3) אופיינית לחומרים מגנטיים רכים, כגון פלדה עדינה וסגסוגות מיוחדות בעלות חדירות מגנטית גבוהה. סגסוגות כאלה נוצרו במטרה להפחית את הפסדי האנרגיה הנגרמים מהיסטרזיס. לרוב הסגסוגות המיוחדות הללו, כמו פריטים, יש התנגדות חשמלית גבוהה, אשר מפחיתה לא רק הפסדים מגנטיים, אלא גם הפסדים חשמליים הנגרמים על ידי זרמי מערבולת.

אורז. 3. לולאת היסטרזיס טיפוסית לחומר מגנטי רך (למשל ברזל). מכיוון ששטח הלולאה פרופורציונלי לאובדי אנרגיה, לחומרים כאלה יש התנגדות מועטה לדה-מגנטיזציה והם מאופיינים בהפסדי אנרגיה נמוכים.

חומרים מגנטיים בעלי חדירות גבוהה מיוצרים על ידי חישול, המתבצע על ידי החזקה בטמפרטורה של כ-1000 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן טמפרור (קירור הדרגתי) לטמפרטורת החדר. במקרה זה, טיפול מכני ותרמי מקדים, כמו גם היעדר זיהומים בדגימה, חשובים מאוד. לליבות שנאי בתחילת המאה ה-20. פותחו פלדות סיליקון, שערכן עלה עם עלייה בתכולת הסיליקון. בין השנים 1915 ל-1920, הופיעו פרמליות (סגסוגות של Ni ו-Fe) עם לולאת היסטרזיס אופיינית צרה וכמעט מלבנית. במיוחד ערכים גבוהיםחדירות מגנטית m בערכים נמוכים של H נבדלות בסגסוגות היפרניות (50% Ni, 50% Fe) ו-mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), בעוד שב-perminvar ( 45% Ni, 30% Fe, 25% Co) הערך של m הוא כמעט קבוע על פני מגוון רחב של שינויים בחוזק השדה. בין החומרים המגנטיים המודרניים יש להזכיר את סופרמאלוי - סגסוגת בעלת חדירות מגנטית הגבוהה ביותר (היא מכילה 79% Ni, 15% Fe ו-5% Mo).

(נלקח מתוך http://www.phyzika.ru/Magnitnoe.html)

יש היסטרזה מגנטית, פרואלקטרית, דינמית ואלסטית. זה נמצא גם בביולוגיה, מדעי הקרקע וכלכלה. יתרה מכך, המהות של הגדרה זו כמעט זהה. אבל במאמר נדבר במיוחד על מגנטי, תלמד ביתר פירוט על תופעה זו, במה היא תלויה ומתי היא באה לידי ביטוי. התופעה הזולמד באוניברסיטאות עם התמקדות טכנית, ב מערכת של ביהסלא כלול, אז לא כולם יודעים על זה.

היסטרזיס מגנטי

מדובר בתלות בלתי הפיכה ומעורפלת של מדד המגנטיזציה של חומר (ואלה הם, ככלל, פרומגנטים מסודרים מגנטית) בשדה החיצוני.במקרה זה, השדה משתנה כל הזמן - פוחת או עולה. סיבה נפוצהקיומה של היסטרזה הוא נוכחות במינימום הפוטנציאל התרמודינמי של מצב לא יציב ויציב, ויש גם מעברים בלתי הפיכים ביניהם. היסטרזיס היא גם ביטוי של אוריינטציה מגנטית מהסוג הראשון. איתם, מעברים משלב אחד לאחר מתרחשים עקב מצבים יציבים. המאפיין הוא גרף שנקרא "לולאת ההיסטרזיס". לפעמים זה נקרא גם "עקומת המגנטיזציה".

לולאת היסטרזיס

בגרף של M מול H ניתן לראות:

1. ממצב האפס, שבו M = 0 ו- H = 0, עם הגדלת H, גם M עולה.
2. כאשר השדה גדל, המגנטיזציה הופכת כמעט קבועה ושווה לערך הרוויה.
3. כאשר H פוחת, מתרחש השינוי ההפוך, אך כאשר H = 0, המגנטיזציה M לא תהיה אפס. ניתן לראות את השינוי הזה בעקומת הדה-מגנטיזציה. וכאשר H=0, M מקבל ערך השווה למגנטיזציה השיורית.
4. ככל ש-H גדל בטווח -Ht... +Ht, המגנטיזציה משתנה לאורך העקומה השלישית.
5. כל שלוש העקומות המתארות את התהליכים מחוברות ויוצרות מעין לולאה. זה מה שמתאר את תופעת ההיסטרזיס – תהליכי המגנטיזציה והדה-מגנטיזציה.

אנרגיה ממגנטת

הלולאה נחשבת לא סימטרית במקרה שהמקסימום של שדה H1, המופעלים בכיוון ההפוך והלפני, אינם זהים. למעלה תיארנו לולאה האופיינית לתהליך איטי של היפוך מגנטיזציה. איתם נשמרים קשרי שיווי משקל מעין בין ערכי H ו- M. יש לשים לב לעובדה שבמהלך מגנטיזציה או דה-מגנטיזציה M מפגרת אחרי H. וזה מוביל לכך שכל האנרגיה שבמהלך מגנטיזציה או דה-מגנטיזציה. הוא נרכש על ידי החומר הפרומגנטי במהלך המגנטיזציה אינו מוותר לחלוטין כאשר עוברים את מחזור הדמגנטיזציה. וההבדל הזה הכל נכנס לחימום הפרומגנט. ולולאת ההיסטרזיס המגנטית מתגלה כאסימטרית במקרה זה.

צורת לולאה

צורת הלולאה תלויה בפרמטרים רבים - מגנטיזציה, נוכחות הפסדים וכו' תרכובת כימית ferromagnet, מצבו המבני, טמפרטורה, אופי ופיזור הפגמים, נוכחות טיפול (תרמית, תרמומגנטית, מכנית). לכן, ניתן לשנות את ההיסטרזיס של פרומגנטים על ידי הכפפת החומרים לעיבוד מכני. זה משנה את כל המאפיינים של החומר.

הפסדי היסטרזיס

במהלך היפוך מגנטיזציה דינמית של פרומגנט על ידי שדה מגנטי מתחלף, נצפים הפסדים. יתר על כן, הם מהווים רק חלק קטן מסך ההפסדים המגנטיים. אם ללולאות יש אותו גובה (אותו ערך מגנטיזציה מקסימלי M), מסתבר שהלולאה מהסוג הדינמי רחבה יותר מזו הסטטית. זה קורה בגלל העובדה שנוספים חדשים לכל ההפסדים. אלו הפסדים דינמיים וקשורים בדרך כלל לצמיגות מגנטית. בסך הכל מתקבלים הפסדים משמעותיים למדי עקב היסטרזיס.

פרומגנטים עם תחום יחיד

אם לחלקיקים יש גדלים שונים, מתרחש תהליך סיבוב. זה קורה בגלל העובדה שהיווצרות תחומים חדשים היא לא חיובית מבחינה אנרגטית. אבל תהליך סיבוב החלקיקים מפריע על ידי אניזוטרופיה (מגנטית). יכול להיות שיש לה מקורות שונים- נוצרים בגביש עצמו, נוצרים עקב מתח אלסטי וכו'). אבל דווקא בעזרת האניזוטרופיה הזו נשמרת המגנטיזציה על ידי השדה הפנימי. זה נקרא גם שדה האניזוטרופיה המגנטית האפקטיבית. והיסטרזיס מגנטית מתרחשת בגלל העובדה שהמגנטיזציה משתנה בשני כיוונים - קדימה ואחורה. במהלך היפוך המגנטיזציה של פרומגנטים חד-דומיין, מתרחשות מספר קפיצות. וקטור המגנטיזציה M פונה לכיוון השדה H. יתרה מכך, הסיבוב יכול להיות אחיד או לא הומוגני.

פרומגנטים מרובי דומיינים

אצלם עקומת המגנטיזציה בנויה בצורה דומה, אך התהליכים מתרחשים אחרת. כאשר מתרחש היפוך מגנטיזציה, גבולות התחום משתנים. כתוצאה מכך, אחת הסיבות להתרחשות היסטרזיס עשויה להיות עיכוב בתזוזות גבולות, כמו גם קפיצות בלתי הפיכות. לפעמים (אם לפרומגנטים יש שדה גדול למדי) היסטרזה מגנטית נקבעת על ידי עיכוב בצמיחה והיווצרות של גרעיני היפוך מגנטיזציה. מהגרעינים הללו נוצר מבנה התחום של חומרים פרומגנטיים.

תורת ההיסטרזיס

כדאי לקחת בחשבון שהיסטרזיס מתרחש גם כאשר השדה H מסתובב, ולא רק כאשר הוא משתנה בסימן ובגודלו. זה נקרא היסטרזיס סיבוב מגנטי והוא מתאים לשינוי בכיוון המגנטיזציה M עם שינוי בכיוון השדה H. התרחשות היסטרזיס של סיבוב מגנטי נצפית גם כאשר הדגימה הנחקרת מסובבת ביחס לשדה H קבוע .

עקומת המגנטיזציה מאפיינת גם את המבנה המגנטי של התחום. המבנה משתנה במהלך תהליכי המגנטיזציה והיפוך המגנטיזציה. השינויים תלויים במידת המעבר של גבולות התחום ובהשפעות השדה המגנטי החיצוני. כל מה שיכול לעכב את כל התהליכים שתוארו לעיל הופך פרומגנטים למצב לא יציב והוא הסיבה להיסטרזיס מגנטית.

יש לקחת בחשבון שהיסטרזיס תלוי בפרמטרים רבים. מגנטיזציה משתנה בהשפעה גורמים חיצוניים- טמפרטורה, מתח אלסטי, לכן מתרחשת היסטרזיס. במקרה זה, היסטרזיס מופיעה לא רק במגנטיזציה, אלא גם בכל אותם מאפיינים שבהם היא תלויה. כפי שניתן לראות מכאן, ניתן להבחין בתופעת ההיסטרזיס לא רק במהלך מגנטיזציה של חומר, אלא גם במהלך תהליכים פיזיקליים אחרים הקשורים אליו באופן ישיר או עקיף.

היסטרזיס הוא מושג מורכב של תהליכים המתרחשים במערכות ובחומרים המסוגלים לצבור אנרגיות שונות, בעוד שקצב ועוצמת עלייתה שונים מעקומת הירידה שלה בעת הסרת הפגיעה. בתרגום מיוונית, מושג ההיסטרזיס מתורגם כפיגור, ולכן יש להבינו כעיכוב של תהליך אחד ביחס לאחר. במקרה זה, אין צורך כלל שאפקט ההיסטרזיס יהיה אופייני רק למדיה מגנטית.

תכונה זו באה לידי ביטוי במערכות וסביבות רבות אחרות:

• הידראוליקה;
• קינמטיקה;
• מכשירי חשמל;
• ביולוגיה;
• כַּלְכָּלָה.

המושג משמש לעתים קרובות במיוחד בעת ויסות תנאי טמפרטורה במערכות חימום.

תכונות של התופעה הפיזית

נתמקד ב היסטרזה בטכנולוגיה אלקטרוניתהקשורים לתהליכים מגנטיים ב חומרים שונים. הוא מראה כיצד חומר זה או אחר מתנהג בשדה אלקטרומגנטי, ובכך מאפשר לבנות גרפי תלות ולבצע מספר קריאות של הסביבות שבהן אותם החומרים נמצאים. לדוגמה, אפקט זה משמש בפעולת תרמוסטט.

בהתחשב ביתר פירוט במושג ההיסטרזיס והאפקט הקשור אליו, ניתן להבחין בתכונה כזו. חומר בעל תכונה זו מסוגל להיות רווי. כלומר, זהו מצב שבו הוא כבר לא מסוגל לצבור אנרגיה בעצמו. וכאשר בוחנים את התהליך באמצעות דוגמה של חומרים פרומגנטיים, האנרגיה מתבטאת באמצעות מגנטיזציה, הנובעת עקב הקשר המגנטי הקיים בין מולקולות החומר. והם יוצרים רגעים מגנטיים - דיפולים, שבמצב רגיל מכוונים בצורה כאוטי.

מגנטיזציה במקרה זה- זהו אימוץ על ידי רגעים מגנטיים של כיוון מסוים. אם הם מכוונים בצורה כאוטית, אז הפרומגנט נחשב לדה-מגנט. אבל כאשר הדיפולים מכוונים לכיוון אחד, החומר מתמגנט. לפי מידת המגנטיזציה של ליבת הסליל, ניתן לשפוט את גודל השדה המגנטי שנוצר מהזרם שזורם דרכה.

תהליך פיזי במהלך היסטרזיס

כדי להבין את תהליך ההיסטרזיס בפירוט, עליך ללמוד ביסודיות את המושגים הבאים:

באשר לחומרים שבהם ניתן להבחין בצורה הטובה ביותר באפקט ההיסטרזיס, אלו הם פרומגנטים. זו תערובת יסודות כימיים, המסוגל להתמגנט בשל הכיווניות של דיפולים מגנטיים, לפיכך בדרך כלל ההרכב מכיל מתכות כגון:

• בַּרזֶל;
• קובלט;
• ניקל;
• תרכובות המבוססות עליהם.

לראות היסטרזיס, יש להפעיל מתח חילופין על הסליל עם ליבה פרומגנטית. יחד עם זאת, גרף המגנטיזציה לא יהיה תלוי במידה רבה בגודלו, כי ההשפעה תלויה ישירות בתכונות החומר עצמו ובגודל הקשר המגנטי בין יסודות החומר.

הנקודה הבסיסית כאשר בוחנים את מושג ההיסטרזיס באלקטרוניקה היא בדיוק האינדוקציה המגנטית B שנוצרת סביב הסליל כאשר מתח מופעל. הוא נקבע על ידי הנוסחה הסטנדרטית כמכפלה של הקבוע הדיאלקטרי המגנטי של חומר וסכום עוצמת השדה והמגנטיזציה.

להבין עיקרון כלליאפקט היסטרזיס , עליך להשתמש בלוח הזמנים. הוא מציג לולאת מגנטיזציה ממצב של דה-מגנטיזציה מלאה. ניתן לייעד את האזור במספרים 0-1. עם מתח ומשך חשיפה מספקים לשדה המגנטי על החומר, הגרף מגיע לנקודת הקיצון שלו לאורך המסלול המצוין. התהליך מתבצע לא בקו ישר, אלא לאורך עקומה עם עיקול מסוים, המאפיין את תכונות החומר. ככל שיש יותר קשרים מגנטיים בין מולקולות בחומר, כך הוא מגיע מהר יותר לרוויה.

לאחר הסרת המתח מהסליל, עוצמת השדה המגנטי יורדת לאפס. זהו השטח בתרשים 1-2. במקרה זה, החומר נשאר ממוגנט עקב כיוון המומנטים המגנטיים. אבל עוצמת המגנטיזציה נמוכה במקצת מאשר ברוויה. אם נצפית השפעה כזו בחומר, אז הוא שייך לפרומגנטים, המסוגלים לצבור שדה מגנטי עקב קשרים מגנטיים חזקים בין מולקולות החומר.

עם שינוי בקוטביות של המתח המסופק לסליל, תהליך הדה-מגנטיזציה ממשיך באותה עקומה עד הרוויה. רק במקרה זה המומנטים המגנטיים של הדיפולים יופנו לכיוון ההפוך. עם תדר הרשת, התהליך יחזור על עצמו מעת לעת, תוך תיאור גרף הנקרא לולאת ההיסטרזיס המגנטית.

כאשר פרומגנט מתמגנט שוב ​​ושוב לעוצמה נמוכה יותר מאשר כשהוא רווי, אפשר לקבל משפחה של עקומות שמהן אפשר לבנות לוח זמנים כללי, המאפיין את מצבו של חומר ממוגנט לחלוטין לממגנט לחלוטין.

היסטרזיס הוא מושג מורכב, המאפיין את יכולתו של חומר לצבור אנרגיה של שדה מגנטי או כמות אחרת עקב הקשרים המגנטיים הקיימים בין מולקולות החומר או תכונות הפעולה של המערכת. אבל לא רק סגסוגות של ברזל, קובלט וניקל יכולות להשפיע על כך. בריום טיטנאט ייתן תוצאה מעט שונה אם מניחים אותו בשדה בעוצמה מסוימת.

מכיוון שהוא פרואלקטרי, נצפית בו היסטרזיס דיאלקטרי. לולאת היסטרזיס הפוכה נוצרת כאשר המתח המופעל על המדיום הוא בקוטביות הפוכה, וגודל השדה הנגדי הפועל על החומר נקרא כוח הכפייה.

במקרה זה, עוצמת השדה עשויה להקדים עוצמות שונות, הקשורות למוזרויות של המצב בפועל של הדיפולים - רגעים מגנטיים לאחר המגנטיזציה הקודמת. התהליך גם מושפע זיהומים שונים הכלולים בחומר. ככל שיותר מהם, קשה יותר להזיז את הקירות של הדיפולים, ולכן נשארת המגנטיזציה השיורית כביכול.

מה משפיע על לולאת ההיסטרזיס?

נראה כי, היסטרזה היא יותר השפעה פנימית, שאינו נראה על פני החומר, אך הוא תלוי מאוד לא רק בסוג החומר עצמו, אלא גם באיכות ובסוג העיבוד המכני שלו. לדוגמה, ברזל נכנס לרוויה במתח השווה ל-1 Oe, והסגסוגת המגנטית מגיעה נקודה קריטיתרק ב-580 e. ככל שיותר פגמים על פני השטח של חומר, כך עוצמת השדה המגנטי הדרושה כדי להביאו לרוויה גדולה יותר.

כתוצאה ממגנטיזציה ודה-מגנטיזציה משתחררת בחומר אנרגיה תרמית השווה לשטח לולאת ההיסטרזיס. כמו כן, הפסדים בפרומגנט כוללים את ההשפעה של זרמי מערבולת וצמיגות מגנטית של החומר. זה נצפה בדרך כלל כאשר תדירות השדה המגנטי משתנה כלפי מעלה.

בהתאם לאופי ההתנהגות של פרומגנט בסביבה עם שדה מגנטי, ישנם היסטרזיס סטטי ודינמי. הראשון נצפה בתדר המתח הנומינלי, אך ככל שהוא עולה, שטח הגרף גדל, מה שמוביל גם לעלייה בהפסדים.

נכסים אחרים

בנוסף להיסטרזה מגנטית, יש גם השפעות גלבומגנטיות ומגנטוסטריקטיביות. יש שינוי בתהליכים האלה התנגדות חשמליתעקב עיוות מכני של החומר. פרו-אלקטריות, בהשפעת כוחות דפורמציה, מסוגלים לייצר זרם חשמלי, אשר מוסבר על ידי היסטרזה פיזואלקטרית. יש גם את הרעיון של היסטרזיס דיאלקטרי אלקטרו-אופטי וכפול. התהליך האחרון הוא בדרך כלל בעל העניין הגדול ביותר, שכן הוא מלווה בגרף כפול באזורים המתקרבים לנקודות רוויה.

ההגדרה של היסטרזה חלה לא רק על פרומגנטים המשמשים באלקטרוניקה. תהליך זה יכול להתרחש גם בתרמודינמיקה. למשל, בעת ארגון חימום מדוד גז או חשמל. המרכיב המווסת במערכת הוא התרמוסטט. אבל המשתנה הנשלט היחיד הוא טמפרטורת המים במערכת.

כאשר הוא יורד לרמה שנקבעה מראש, הדוד נדלק ומתחיל להתחמם לערך שנקבע מראש. לאחר מכן הוא נכבה והתהליך חוזר על עצמו במחזוריות. אם תיקחו קריאות טמפרטורה בעת חימום וקירור המערכת בכל מחזור של הפעלה וכיבוי של החימום, תקבלו גרף בצורת לולאת היסטרזה, הנקראת היסטרזיס של הדוד.

במערכות כאלה היסטרזה מתבטאת בטמפרטורה. לדוגמה, אם הוא 4 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת נוזל הקירור מוגדרת ל-18 מעלות צלזיוס, הדוד יכבה כאשר הוא יגיע ל-22 מעלות צלזיוס. לפיכך, אתה יכול להתאים אישית כל מקובל משטר טמפרטורהבתוך בית. תרמוסטט הוא למעשה חיישן טמפרטורה או תרמוסטט שמפעיל או מכבה את החימום כאשר מגיעים לסף התחתון והעליון, בהתאמה.

היסטרזיס

תופעת ההיסטרזיס המגנטית נצפית לא רק כאשר השדה משתנה חבגודל ובסימן, אבל גם במהלך הסיבוב שלו (היסטרזיס של סיבוב מגנטי), התואם פיגור (השהיה) בשינוי כיוון Mעם שינוי כיוון ח. היסטרזה של סיבוב מגנטית מתרחשת גם כאשר המדגם מסתובב ביחס לכיוון קבוע ח.

התיאוריה של תופעת ההיסטרזיס לוקחת בחשבון את מבנה התחום המגנטי הספציפי של המדגם ואת השינויים שלו במהלך המגנטיזציה והיפוך המגנטיזציה. שינויים אלו נובעים מתזוזה של גבולות תחום וצמיחה של תחומים מסוימים על חשבון אחרים, וכן מסיבוב וקטור המגנטיזציה בתחומים בהשפעת שדה מגנטי חיצוני. כל דבר המעכב את התהליכים הללו ומאפשר למגנטים להיכנס למצבים גרורתיים עלול לגרום להיסטרזה מגנטית.

בחלקיקים פרומגנטיים בעלי תחום יחיד (בחלקיקים קטנים שבהם היווצרות התחומים אינה חיובית מבחינה אנרגטית) יכולים להתרחש רק תהליכי סיבוב M. תהליכים אלו נפגעים על ידי אניזוטרופיה מגנטית ממקורות שונים (אניזוטרופיה של הגביש עצמו, אניזוטרופיה של צורת החלקיקים ואנזיטרופיה של מתחים אלסטיים). הודות לאנזיטרופיה, Mכאילו הוא מוחזק על ידי שדה פנימי כלשהו (השדה היעיל של אניזוטרופיה מגנטית) לאורך אחד הצירים של מגנטיזציה קלה, המקביל לאנרגיה המינימלית. היסטרזיס מגנטית מתרחשת בגלל שני הכיוונים M(לאורך ונגד) ציר זה במדגם חד-צירי מגנטית או בכמה כיוונים שווים (באנרגיה) Mבמדגם רב צירי מגנטית מתאימות למצבים המופרדים זה מזה על ידי מחסום פוטנציאלי (פרופורציונלי). כאשר חלקיקים מתחום יחיד ממוגנטים מחדש, הווקטור Mסדרה של קפיצות בלתי הפיכות עוקבות פניות לכיוון ח. סיבובים כאלה יכולים להתרחש גם באופן אחיד וגם לא אחיד בנפח. עם סיבוב אחיד Mכוח כפייה. המנגנון של סיבוב לא אחיד הוא אוניברסלי יותר M. עם זאת, יש לו את ההשפעה הגדולה ביותר במקרה שבו התפקיד העיקרי הוא ממלא על ידי האניזוטרופיה של צורת החלקיקים. במקרה זה, שדה האניזוטרופיה של הצורה האפקטיבית עשוי להיות קטן יותר באופן משמעותי.

היסטרזה פרו-אלקטרית- תלות מעורפלת בצורת לולאה בקיטוב פפרואלקטריות משדה חשמלי חיצוני הכאשר הוא משתנה באופן מחזורי. לגבישים פרו-אלקטריים יש קיטוב חשמלי ספונטני (ספונטני, כלומר מתרחש בהעדר שדה חשמלי חיצוני) בטווח טמפרטורות מסוים פג. ניתן לשנות את כיוון הקיטוב על ידי שדה חשמלי. במקביל, תלות פ(ה) בשלב הקוטבי הוא דו-משמעי, הערך פנָתוּן התלוי בפרה-היסטוריה, כלומר במה היה השדה החשמלי ברגעים קודמים בזמן. פרמטרים בסיסיים של היסטרזה פרו-אלקטרית:

• קיטוב גבישי שיורי פ ost, ב ה = 0
• ערך שדה הכט (שדה כפייה) שבו קיטוב מחדש

היסטרזיס אלסטי

היסטרזיס משמש לדיכוי רעש (תנודות מהירות, הקפצת מגע) בעת החלפת אותות לוגיים.

במכשירים אלקטרוניים מכל הסוגים נצפית תופעת ההיסטרזיס התרמית: לאחר חימום המכשיר והקירור שלאחר מכן לטמפרטורה ההתחלתית, הפרמטרים שלו אינם חוזרים לערכים ההתחלתיים. עקב התפשטות תרמית לא שווה של גבישים מוליכים למחצה, מחזיקי גבישים, חבילות מיקרו-מעגלים ומעגלים מודפסים, נוצרים מתחים מכניים בקריסטלים, הנמשכים גם לאחר הקירור. תופעת ההיסטרזיס התרמית בולטת בעיקר בממירים אנלוגיים לדיגיטליים המשמשים למדידת ממירים אנלוגיים לדיגיטליים. במיקרו-מעגלים מודרניים, השינוי היחסי של מתח הייחוס עקב היסטרזה תרמית הוא בסדר גודל של 10-100 ppm.

בביולוגיה

תכונות היסטריות אופייניות ל שרירי שלדיונקים.

במדעי הקרקע

אחד מהם מציין את הקשר בין המאמצים שנושא ההשפעה עושה לבין התוצאה שהושגה. ניתן לתאם את רמת העשייה החינוכית והתעמולה שמוציא הנבדק עם רמת ה"מגנטיזציה" (מידת המעורבות ברעיון חדש) של נושא החפצים של דעת הקהל, קבוצה חברתית, קהילה קולקטיבית, חברתית או החברה כולה; במקרה זה, עלול להתגלות פער מסוים בין האובייקט לנושא. שכנוע, כולל כאלה שיש להם השלכות הרסניות לכאורה, לא תמיד מצליח. זה תלוי בערכים המוסריים של האדם עצמו, במנהגים, במסורות, באופי החינוך הקודם סטנדרטים אתיים, דומיננטי בחברה וכו'.

הנסיבות השניות נובעות מכך שלב חדשניתן לתאם את היווצרות דעת הקהל עם ההיסטוריה של האובייקט, הניסיון שלו, הערכתו על ידי מי שפעלו בעבר כמושא לגיבוש דעת הקהל. במקרה זה, ניתן לגלות ש"נקודת ההתייחסות" של זמן היווצרות דעת הקהל משתנה ביחס לקודמתה, המאפיין את המערכת עצמה ואת מצבה הנוכחי.

ספרות בנושא

• ראדאי רייכליןמלחמת אזרחים, טרור ושודד. שיטתיות של סוציולוגיה ודינמיקה חברתית.סעיף "בקרת המונים"
• קפוסטין ולרי סרגייביץ'מבוא לתיאוריה של ארגון עצמי חברתי.נושא 11. תופעת ההיסטרזיס בהיווצרות צורות ושיטות לאומיות של ארגון עצמי. פרדוקסים ותעלומות מודרניות של "ההתחלה"

בפילוסופיה

מודלים מתמטיים של היסטרזיס

מראה חיצוני מודלים מתמטייםתופעות היסטרזיס נקבעו על ידי קבוצה עשירה למדי של בעיות יישומיות (בעיקר בתורת הבקרה האוטומטית), שבהן לא ניתן להתייחס לנשאי ההיסטרזיס בנפרד, מכיוון שהם היו חלק ממערכת מסוימת. יצירת התיאוריה המתמטית של ההיסטרזיס מתחילה בשנות ה-60 של המאה ה-20, כאשר החל סמינר בנושאי "היסטרזיס" באוניברסיטת וורונז' בהנהגתו של M.A. Krasnoselsky. מאוחר יותר, ב-1983, הופיעה מונוגרפיה שבה תופעות היסטריות שונות קיבלו תיאור פורמלי במסגרת תורת המערכות: ממירים היסטריים טופלו כאל אופרטורים בהתאם למצבם ההתחלתי כפרמטר, המוגדר על מרחב תפקודי עשיר למדי (למשל, בחלל פונקציות רציפות), הפועלים במרחב פונקציונלי מסוים. ניתן למצוא תיאור פרמטרי פשוט של לולאות היסטרזיס שונות בעבודה (החלפת פונקציות הרמוניות במודל זה בפולסים מלבניים, משולשים או טרפזיים מאפשרת לנו גם להשיג לולאות היסטרזיס ליניאריות חלקיות, אשר נמצאות לרוב באוטומציה בדידה, ראה דוגמה באיור .2).

סִפְרוּת

הערות

קרן ויקימדיה. 2010.

ראה מה זה "היסטרזיס" במילונים אחרים:

- (מפיגור ההיסטרזיס היווני) עיכוב בשינוי כמות פיסית, אפיון מצבו של חומר (מגנטיזציה M של פרומגנט, קיטוב P של פרואלקטרי וכו'), משינויים בכמות פיזיקלית אחרת הקובעת... ... מילון אנציקלופדי גדול

Shift, lag מילון מילים נרדפות ברוסית. שם עצם בהיסטרזיס, מספר מילים נרדפות: 2 פיגור (10) ... מילון מילים נרדפות

HYSTERESIS, תופעה האופיינית ל גופים אלסטיים; נעוצה בעובדה שה-DEFORMATION של הגוף כאשר ה-STRESS עולה קטן יותר מאשר כאשר הוא יורד עקב עיכוב בהשפעת הדפורמציה. כאשר הלחץ המכני מוסר לחלוטין, מה שנשאר הוא... ... מילון אנציקלופדי מדעי וטכני

- (מפיגור ההיסטרזיס היווני, פיגור) 1) G. באווירודינמיקה, העמימות של מבנה שדה הזרימה, וכתוצאה מכך, המאפיינים האווירודינמיים של גוף יעיל עבור אותם ערכים של פרמטרים קינמטיים, אך ב- . .. ... אנציקלופדיה של טכנולוגיה