Možno pozorovať dielektrickú hysterézu - nejednoznačnú závislosť polarizácie ($\overrightarrow(P)$) od intenzity externého poľa ($\overrightarrow(E)$), keď sa cyklicky mení.

Keďže feroelektrikum má doménovú štruktúru, dipólový moment feroelektrického kryštálu v neprítomnosti dielektrika je nulový, v dôsledku vzájomnej kompenzácie dipólových momentov jednotlivých domén. Vo všeobecnosti sa ukazuje, že doména nie je polarizovaná. Pri aplikácii poľa dochádza k čiastočnej zmene orientácie domén a k zväčšeniu niektorých domén, k poklesu iných. To vedie k objaveniu sa polarizácie ($\overrightarrow(P)$) v kryštáli. Závislosť polarizácie od intenzity poľa je znázornená na obr.1.

Po prvé, polarizácia rastie pozdĺž krivky OA. V bode $A$ sa ukáže, že polarizačné vektory všetkých domén sú orientované rovnobežne s poľom $\overrightarrow(E)$. Od tohto bodu polarizácia rastie v dôsledku indukovanej polarizácie $\overrightarrow(P_i)\sim \overrightarrow(E)$, čiara OA prechádza do segmentu AD (priamočiara). Pri pokračovaní v tomto úseku až kým sa nepretne s osou y odreže na nej úsečku, jej dĺžka sa rovná spontánnej polarizácii $P_S$.

S poklesom intenzity elektrického poľa nebude pokles polarizácie sledovať rovnakú krivku opačná strana, ale pozdĺž novej krivky $DAB"A"D"$, ktorá sa nachádza vyššie. Ide o dielektrickú hysterézu feroelektrika. Proces zmeny orientácie a zväčšovania domén v elektrickom poli sa oneskoruje. Ukazuje sa, že $\overrightarrow(P)$ nie je jednoznačne určené poľom $\overrightarrow(E)$, ale závisí od "histórie" feroelektrika.Ak je pole obrátené, potom závislosť polarizácie od sily bude znázornená dolnou krivkou $D"A"BAD$, symetrickou s krivkou $D"A"B" AD$ vzhľadom k počiatku O. Takto sa získa uzavretá krivka $AB"A"BA$, ktorá je tzv. dielektrickú hysteréznu slučku. Podobne môžete získať slučky pre elektrickú indukciu. Ak je elektrický posun zakreslený pozdĺž osi y ($\overrightarrow(D)$):

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

Hysterézna slučka pre indukciu sa od kriviek $P=P(E)$ líši iba mierkou, pretože vo feroelektrikách $E\ll D$ možno prvý člen v (1) zanedbať.

Šípky na krivke (obr. 1) ukazujú smer pohybu bodu po krivke pri zmene intenzity poľa. Segment OS charakterizuje zvyškovú polarizáciu, to znamená tú, ktorú má feroelektrická vzorka, keď sa intenzita poľa zmenila na nulu. Segment $OB"$ charakterizuje intenzitu, ktorá má opačný smer ako polarizácia, pri ktorej dané feroelektrikum úplne stratí svoju polarizáciu. Čím väčšia je hodnota segmentu OS, tým väčšia je zvyšková polarizácia feroelektrika. väčšia veľkosť$OB"$, tým lepšie je zvyšková polarizácia zadržaná feroelektrikom.

Hysterézna slučka

Hysterézna slučka sa dá ľahko dostať na obrazovku osciloskopu. Na tento účel sú zapojené dva kondenzátory do série, priestor medzi doskami jedného z nich je vyplnený feroelektrikom (jeho kapacita budeme nazývať $C_s$). Na napájanie použite striedavý prúd z generátora. Pretože kondenzátory sú zapojené do série, náboje na ich platniach sú rovnaké a indukcie sú rovnaké:

kde $D_0$ je indukcia poľa v kondenzátore s obyčajným dielektrikom, $D$ je indukcia poľa v kondenzátore s feroelektrikom. Pretože pre bežný kondenzátor je dielektrická konštanta konštantná, napätie na bežnom kondenzátore je úmerné indukcii. Ak je napätie privedené na horizontálne vychyľovacie dosky osciloskopu z feroelektrického kondenzátora a na vertikálne vychyľovacie dosky z konvenčného kondenzátora, potom sa na obrazovke osciloskopu reprodukuje hysterézna slučka.

Príklad 1

Úloha: Vysvetlite, prečo sa hovorí, že fenomén hysterézie nám umožňuje ilustrovať úlohu domén pri polarizácii feroelektrika?

Existencia domén vo feroelektrike určuje jeho nelineárne vlastnosti. V prvom rade ide o nelineárnu závislosť polarizácie ($\overrightarrow(P)$) od vonkajšej intenzity poľa ($\overrightarrow(E)$):

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

kde $\varkappa \left(\overrightarrow(E)\right)$ je dielektrická susceptibilita závisí od sily vonkajšieho poľa. Je to nelineárna závislosť polarizácie od vonkajšieho poľa, ktorá vedie k hysterézii v elektrických poliach.

Pozrime sa bližšie na Obr. 1. V malých poliach (segment $OA_1$) polarizácia stále závisí lineárne od sily, domény sa ešte nepripojili k polarizácii. V oblasti $A_1A$ polarizácia intenzívne rastie so zvyšujúcou sa intenzitou poľa, čo je spojené s nelineárnym procesom reorientácie domény v smere vonkajšieho poľa. V bode A sú všetky domény orientované pozdĺž poľa. Ďalšie zvýšenie polarizácie so zvýšením sily vonkajšieho poľa prebieha lineárne a nesúvisí so štruktúrou domény. Ide to na úkor polarizácie vyvolanej poľom. Pokles intenzity poľa od bodu A opakuje proces primárnej polarizácie v opačnom poradí. Prítomnosť zvyškovej polarizácie naznačuje, že feroelektrikum sa snaží udržať domény orientované v jednom smere. Aplikácia poľa s opačným smerom vedie k zníženiu polarizácie feroelektrika až na nulu. S ďalším zvyšovaním intenzity reverzného poľa sa domény polarizujú (zmena znamienka) a následne saturujú (úsek $A"D"$), teda orientácia všetkých domén pozdĺž poľa, ale naopak. smer s úsekom AD.

Príklad 2

Úloha: Vysvetlite, prečo je možné pozorovať jav hysterézie počas experimentu, ktorý sa vykonáva pomocou obvodu s osciloskopom, ktorý je znázornený na obr.2. Medzi doskami jedného plochého kondenzátora je feroelektrikum, jeho kapacita je $C_S$. Priestor medzi doskami druhého kondenzátora (C) je vyplnený konvenčným dielektrikom. Obvod je napájaný generátorom, ktorý vytvára harmonicky sa meniaci potenciálny rozdiel na doskách kondenzátora. Plochy dosiek kondenzátora sú rovnaké, vzdialenosti medzi doskami kondenzátora sú tiež rovnaké.

Potenciálny rozdiel je rozdelený medzi kondenzátor obsahujúci feroelektrikum ($C_S$) a vzduchový kondenzátor $C$. Plochy dosiek kondenzátora sú rovnaké, vzdialenosť medzi doskami sa rovná $d$. V tomto prípade sa intenzity poľa v kondenzátoroch rovnajú:

\ \

kde $\sigma ,\ (\sigma )_S$ sú hustoty rozloženia povrchového náboja na doskách kondenzátora, $(\varepsilon )_1$ je permitivita bežného dielektrika, $(\varepsilon )_S$ je permitivita dielektrika feroelektrické.

Vieme, že pre sériovo zapojené kondenzátory budú náboje na doskách rovnaké, a keďže tieto kondenzátory majú rovnaké geometrické parametre, môžeme napísať, že:

\[\sigma =\ (\sigma )_S\vľavo(2,3\vpravo).\]

Preto potenciálny rozdiel medzi doskami:

\ \

Nájdeme vzťah $\frac(U_S)(U)$, dostaneme:

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

Ak sa napätie U aplikuje na horizontálny priebeh osciloskopu a $U_S$ na vertikálne, potom môžeme napísať, že:

Keď sa teda zmení intenzita $(E)$, na obrazovke osciloskopu sa nakreslí krivka, ktorej os bodov je $(\varepsilon )_SE$ v určitej mierke a ordináta $(\varepsilon ) _0(\varepsilon )_1E=D$ v rovnakej mierke. Ukazuje sa, že na obrazovke osciloskopu je nakreslená hysterézna krivka.

Magnetizačná krivka a hysterézna slučka

Na charakterizáciu javu magnetizácie látky sa zavádza veličina I, tzv magnetizácia hmoty. Magnetizácia v SI je určená vzorcom

Pre feromagnetické telesá je magnetizácia I komplexnou nelineárnou funkciou B 0 . Závislosť I od hodnoty Bo/µ 0 sa nazýva magnetizačná krivka (obr. 2). Krivka označuje jav magnetickej saturácie: od určitej hodnoty Во/µ 0 = В 0н /µ 0 zostáva magnetizácia prakticky konštantná, rovná sa In (saturačná magnetizácia).

Magnetická hysterézia (z gréckeho "hysteréza" - oneskorenie účinku od jeho príčiny) feromagnetikum sa nazýva oneskorenie zmeny veľkosti magnetizácie feromagnetickej látky od zmeny vonkajšieho magnetické pole v ktorom sa látka nachádza. Najdôležitejší dôvod magnetická hysterézia je charakteristika závislosti feromagnetika magnetické charakteristiky(µ, I) nielen o stave hmoty v danom okamihu, ale aj o hodnotách µ a I v predchádzajúcich časoch. Existuje teda závislosť magnetických vlastností od predchádzajúcej magnetizácie látky.

Hysterézna slučka je krivka závislosti zmeny veľkosti magnetizácie feromagnetického telesa umiestneného vo vonkajšom magnetickom poli od zmeny indukcie tohto poľa z + Bo / µ 0 na - Bo / µ 0 a naopak. Hodnota + In/µ 0 zodpovedá saturačnej magnetizácii I n. Pre úplnú demagnetizáciu feromagnetického telesa je potrebné zmeniť smer vonkajšieho poľa. Pri určitej hodnote magnetickej indukcie - B 0k, ktorá zodpovedá hodnote B 0k /µ 0, nazývanej koercitívna (retardujúca) sila, sa magnetizácia I telesa rovná nule.

Koercitívna sila a tvar hysteréznej slučky charakterizujú vlastnosť feromagnetika zachovať zvyškovú magnetizáciu a určujú použitie feromagnetík na rôzne účely. Feromagnety so širokou hysteréznou slučkou sa nazývajú tvrdé magnetické materiály (uhlík, volfrám, chróm, hliník-nikel a iné ocele). Majú veľkú donucovaciu silu a používajú sa na vytváranie permanentných magnetov. rôznych tvarov(prúžok, podkova, magnetické šípky). Mäkké magnetické materiály s nízkou koercitívnou silou a úzkou hysteréznou slučkou zahŕňajú železo, zliatiny železa a niklu. Tieto materiály sa používajú na výrobu jadier transformátorov, generátorov a iných zariadení, pri ktorých prevádzkových podmienkach dochádza k reverzii magnetizácie vo variabilných magnetických slučkách. Remagnetizácia feromagnetika je spojená s rotáciou oblastí spontánnej magnetizácie. Prácu na to potrebnú vykoná energia vonkajšieho magnetického poľa. Množstvo tepla uvoľneného počas remagnetizácie je úmerné ploche hysteréznej slučky.

Pri teplotách pod Curieovým bodom sa každé feromagnetické teleso skladá z domény - malé oblasti s lineárnymi rozmermi rádovo 10 -2 -10 -3 cm, v rámci ktorých je najvyššia hodnota magnetizácie rovnajúca sa saturačnej magnetizácii. Domény sú pomenované inak oblasti spontánnej magnetizácie. Pri absencii vonkajšieho magnetického poľa sú vektory magnetických momentov jednotlivých domén úplne náhodne orientované vo vnútri feromagnetika, takže celkový magnetický moment celého telesa je nulový (obr.). Vplyvom vonkajšieho magnetického poľa vo feromagnetikách dochádza k rotácii pozdĺž poľa magnetických momentov nie jednotlivých atómov alebo molekúl ako v paramagnetoch, ale celých oblastí spontánnej magnetizácie - domén. So zväčšovaním vonkajšieho poľa sa veľkosť domén magnetizovaných pozdĺž vonkajšieho poľa zväčšuje v dôsledku zmenšovania veľkostí domén s inými (nezhodnými so smerom vonkajšieho poľa) orientáciami. Pri dostatočne silnom vonkajšom magnetickom poli sa zmagnetizuje celé feromagnetické teleso. Veľkosť magnetizácie dosiahne svoju maximálnu hodnotu - nastáva magnetická saturácia. Pri absencii vonkajšieho poľa zostávajú niektoré magnetické momenty domén orientované, čo vysvetľuje existenciu zvyškovej magnetizácie a možnosť vytvorenia permanentné magnety.

Aplikácia feromagnetík v strojárstve. Rotory generátorov a elektrických motorov; jadrá transformátorov, elektromagnetické relé; v elektronických počítačoch (počítačoch), telefónoch, magnetofónoch, na magnetických páskach.

Paramagnetické látky sa vyznačujú tým, že sú magnetizované vo vonkajšom magnetickom poli; ak je toto pole vypnuté, paramagnety sa vrátia do nezmagnetizovaného stavu. Magnetizácia vo feromagnetikách je zachovaná aj po vypnutí vonkajšieho poľa. Na obr. 2 znázorňuje typickú hysteréznu slučku pre magneticky tvrdý (vysokostratový) feromagnetický materiál. Charakterizuje nejednoznačnú závislosť magnetizácie magneticky usporiadaného materiálu od sily magnetizačného poľa. S nárastom intenzity magnetického poľa od počiatočného (nulového) bodu (1) magnetizácia postupuje pozdĺž prerušovanej čiary 1-2 a hodnota m sa výrazne mení so zvyšujúcou sa magnetizáciou vzorky. V bode 2 sa dosiahne saturácia, t.j. pri ďalšom zvyšovaní intenzity sa už magnetizácia nezvyšuje. Ak teraz postupne znížime hodnotu H na nulu, potom krivka B(H) už nesleduje rovnakú dráhu, ale prechádza bodom 3 a odhaľuje akoby „pamäť“ materiálu o „ minulú históriu", odtiaľ názov "hysteréza". Je zrejmé, že určitá zvyšková magnetizácia je zachovaná (segment 1-3). Po zmene smeru magnetizačného poľa na opačný prechádza krivka B (H) bodom 4 a segment (1) - (4) zodpovedá koercitívnej sile, ktorá zabraňuje demagnetizácii. Ďalší nárast hodnôt (-H) vedie hysteréznu krivku do tretieho kvadrantu - časť 4-5. Následný pokles hodnoty (-H) na nula a potom zvýšenie kladných hodnôt H uzavrie hysteréznu slučku cez body 6, 7 a 2.

Ryža. 2. TYPICKÁ HYSTERÉZNA SLUČKA pre magneticky tvrdý feromagnetický materiál. V bode 2 sa dosiahne magnetická saturácia. Segment 1-3 určuje zvyškovú magnetickú indukciu a segment 1-4 - koercitívna sila, ktorá charakterizuje schopnosť vzorky odolávať demagnetizácii.

Magneticky tvrdé materiály sa vyznačujú širokou hysteréznou slučkou, ktorá pokrýva významnú oblasť na diagrame, a preto zodpovedá veľké hodnoty zvyšková magnetizácia (magnetická indukcia) a koercitívna sila. Úzka hysterézna slučka (obr. 3) je charakteristická pre mäkké magnetické materiály, ako je mäkká oceľ a špeciálne zliatiny s vysokou magnetickou permeabilitou. Takéto zliatiny boli vytvorené s cieľom znížiť straty energie v dôsledku hysterézie. Väčšina týchto špeciálnych zliatin, podobne ako ferity, má vysoký elektrický odpor, ktorý znižuje nielen magnetické straty, ale aj elektrické straty spôsobené vírivými prúdmi.

Ryža. 3. TYPICKÁ HYSTERÉZNA SLUČKA pre magneticky mäkký materiál (napríklad železo). Pretože plocha slučky je úmerná strate energie, takéto materiály majú malú odolnosť voči demagnetizácii a vyznačujú sa nízkou stratou energie.

Magnetické materiály s vysokou permeabilitou sa vyrábajú žíhaním, ktoré sa uskutočňuje udržiavaním pri teplote cca 1000 °C s následným temperovaním (postupným ochladzovaním) na izbovú teplotu. V tomto prípade je veľmi dôležité predbežné mechanické a tepelné spracovanie, ako aj neprítomnosť nečistôt vo vzorke. Pre jadrá transformátorov na začiatku 20. storočia. boli vyvinuté kremíkové ocele, ktorých hodnota m stúpala so zvyšujúcim sa obsahom kremíka. V rokoch 1915 až 1920 sa objavili permalloy (zliatiny Ni s Fe) s charakteristickou úzkou a takmer pravouhlou hysteréznou slučkou. Predovšetkým vysoké hodnoty magnetická permeabilita m pri nízkych hodnotách H sa líši v hypernických (50 % Ni, 50 % Fe) a mu-metalových (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr) zliatinách, kým v perminvare (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) hodnota m je prakticky konštantná v širokom rozsahu zmien intenzity poľa. Z moderných magnetických materiálov treba spomenúť supermalloy - zliatinu s najvyššou magnetickou permeabilitou (obsahuje 79 % Ni, 15 % Fe a 5 % Mo).

(prevzaté z http://www.phyzika.ru/Magnitnoe.html)

Existuje hysterézia magnetická, feroelektrická, dynamická, elastická. Nachádza sa aj v biológii, pedológii, ekonómii. Navyše podstata tejto definície je takmer rovnaká. Ale článok bude zameraný na magnetický, dozviete sa viac o tomto jave, od čoho závisí a kedy sa prejavuje. Tento javštudoval na vysokých školách technického zamerania, v r školské osnovy nie je zahrnutá, takže nie každý o nej vie.

Magnetická hysterézia

Ide o nezvratnú a nejednoznačnú závislosť indexu magnetizácie látky (a sú to spravidla magneticky usporiadané feromagnety) od vonkajšieho poľa.Pole sa v tomto prípade neustále mení - zmenšuje alebo zväčšuje. spoločná príčina existencia hysterézie je prítomnosť v minime termodynamického potenciálu nestabilného stavu a stabilného stavu a existujú medzi nimi aj nezvratné prechody. Prejavom magnetickej orientácie 1. druhu je aj hysterézia. Pri nich dochádza k prechodom z jednej fázy do druhej v dôsledku metastabilných stavov. Charakteristický je graf, ktorý sa nazýva "hysterézna slučka". Niekedy sa nazýva aj „magnetizačná krivka“.

Hysterézna slučka

Na grafe závislosti M od H môžete vidieť:

1. Z nulového stavu, pri ktorom M=0 a H=0, s nárastom H rastie aj M.
2. Keď sa pole zvýši, magnetizácia sa stane takmer konštantnou a rovná sa hodnote nasýtenia.
3. Keď H klesá, nastáva opačná zmena, ale keď H = 0, magnetizácia M sa nebude rovnať nule. Túto zmenu je možné vidieť z demagnetizačnej krivky. A keď H=0, M nadobudne hodnotu rovnajúcu sa zvyškovej magnetizácii.
4. S nárastom H v rozsahu -Hm... +Hm sa magnetizácia mení pozdĺž tretej krivky.
5. Všetky tri krivky popisujúce procesy sú prepojené a tvoria akúsi slučku. Práve ona popisuje fenomén hysterézie - procesy magnetizácie a demagnetizácie.

Magnetizujúca energia

Slučka sa považuje za asymetrickú v prípade, keď maximá poľa H1, ktoré sú aplikované v spätnom a doprednom smere, nie sú rovnaké. Vyššie bola opísaná slučka, ktorá je charakteristická pre proces pomalého obrátenia magnetizácie. Pri nich sú zachované kvázi rovnovážne väzby medzi hodnotami H a M. Je potrebné dávať pozor na to, že pri magnetizácii alebo demagnetizácii M zaostáva za H. A to vedie k tomu, že všetka energia, ktorá je získavaný feromagnetickým materiálom pri magnetizácii nie je vydaný.úplne počas demagnetizačného cyklu. A tento rozdiel ide celý do zahrievania feromagnetika. A magnetická hysterézna slučka sa v tomto prípade ukáže ako asymetrická.

Tvar slučky

Tvar slučky závisí od mnohých parametrov - magnetizácia, prítomnosť strát atď chemické zloženie feromagnetikum, jeho štruktúrny stav, teplota, povaha a rozloženie defektov, prítomnosť spracovania (tepelné, termomagnetické, mechanické). Hysterézia feromagnetík sa preto môže zmeniť podrobením materiálov mechanickému spracovaniu. Tým sa menia všetky vlastnosti materiálu.

Strata hysterézy

Pri dynamickej remagnetizácii feromagnetika striedavým magnetickým poľom sa pozorujú straty. Navyše tvoria len malý zlomok celkových magnetických strát. Ak majú slučky rovnakú výšku (rovnakú maximálnu hodnotu magnetizácie M), slučka dynamického typu je širšia ako statická. Je to spôsobené tým, že ku všetkým stratám sa pripočítavajú nové straty. Ide o dynamické straty, zvyčajne sú spojené s magnetickou viskozitou. V súhrne sa získajú pomerne významné hysterézne straty.

Jednodoménové feromagnety

V prípade, že častice majú rôznu veľkosť, prebieha proces rotácie. Deje sa tak preto, lebo tvorba nových domén je z energetického hľadiska nepriaznivá. Ale procesu rotácie častíc bráni anizotropia (magnetická). Môže mať odlišný pôvod- vznikajú v samotnom kryštáli, vznikajú v dôsledku elastického napätia a pod.). Ale práve pomocou tejto anizotropie je magnetizácia držaná vnútorným poľom. Nazýva sa aj efektívne magnetické pole anizotropie. A magnetická hysteréza vzniká v dôsledku skutočnosti, že magnetizácia sa mení v dvoch smeroch - dopredu a dozadu. Pri remagnetizácii jednodoménových feromagnetík dochádza k niekoľkým skokom. Magnetizačný vektor M sa otáča smerom k poľu H. Okrem toho môže byť otočenie rovnomerné alebo nerovnomerné.

Viacdoménové feromagnety

V nich je magnetizačná krivka postavená podobným spôsobom, ale procesy sú odlišné. Počas obrátenia magnetizácie sa posúvajú hranice domény. Preto jedným z dôvodov výskytu hysterézie môže byť oneskorenie posunov hraníc, ako aj nezvratné skoky. Niekedy (ak majú feromagnety dosť veľké pole) je magnetická hysterézia určená oneskorením rastu a tvorbou jadier reverznej magnetizácie. Práve z týchto jadier sa tvorí doménová štruktúra feromagnetických látok.

Teória hysterézie

Treba brať do úvahy, že hysterézia nastáva aj pri rotácii poľa H, a nielen pri zmene znamienka a veľkosti. Toto sa nazýva hysterézia magnetickej rotácie a zodpovedá zmene smeru magnetizácie M so zmenou smeru poľa H. Vznik hysterézie magnetickej rotácie sa pozoruje aj pri relatívnej rotácii vzorky. do pevného poľa H.

Magnetizačná krivka tiež charakterizuje magnetickú štruktúru domény. Štruktúra sa mení pri prechode procesov magnetizácie a obrátenia magnetizácie. Zmeny závisia od toho, ako ďaleko sa posúvajú hranice domény a od účinkov vonkajšieho magnetického poľa. Absolútne všetko, čo je schopné oddialiť všetky vyššie opísané procesy, uvádza feromagnety do nestabilného stavu a spôsobuje vznik magnetickej hysterézy.

Treba poznamenať, že hysterézia závisí od mnohých parametrov. Magnetizácia sa pod vplyvom mení vonkajšie faktory- teplota, elastické napätie, preto nastáva hysterézia. V tomto prípade sa hysterézia objavuje nielen v magnetizácii, ale aj vo všetkých vlastnostiach, od ktorých závisí. Ako je odtiaľto vidieť, jav hysterézie možno pozorovať nielen pri magnetizácii materiálu, ale aj pri iných fyzikálnych procesoch, ktoré sú s ňou priamo alebo nepriamo spojené.

Hysterézia je komplexný koncept procesov prebiehajúcich v systémoch a látkach, ktoré sú schopné v sebe akumulovať rôzne energie, pričom rýchlosť a intenzita jej nárastu sa líši od krivky jej poklesu po odstránení dopadu. V preklade z gréčtiny sa pojem hysteréza prekladá ako oneskorenie, a preto by sa malo chápať ako oneskorenie jedného procesu vo vzťahu k druhému. V tomto prípade nie je vôbec potrebné, aby bol hysterézny efekt charakteristický len pre magnetické médiá.

Táto vlastnosť sa zobrazuje v mnohých iných systémoch a prostrediach:

• hydraulika;
• kinematika;
• elektronika;
• biológia;
• hospodárstva.

Koncept sa obzvlášť často používa pri implementácii regulácie teploty vo vykurovacích systémoch.

Vlastnosti fyzikálneho javu

Zameriame sa na hysteréza v elektronickom inžinierstve spojené s magnetickými procesmi v rôzne látky. Ukazuje, ako sa ten či onen materiál správa v elektromagnetickom poli, a to vám umožňuje zostaviť grafy závislostí a odčítať niektoré prostredia, v ktorých sa tieto materiály nachádzajú. Tento efekt sa používa napríklad pri prevádzke termostatu.

Pri podrobnejšom zvážení konceptu hysterézie a efektu s ňou spojeného si možno všimnúť takúto vlastnosť. Látka s touto vlastnosťou je schopná sa nasýtiť. To znamená, že toto je stav, v ktorom už nie je schopný akumulovať energiu v sebe. A keď uvažujeme o procese na príklade feromagnetických materiálov, energia je vyjadrená magnetizáciou, ktorá vzniká v dôsledku existujúcej magnetickej väzby medzi molekulami látky. A vytvárajú magnetické momenty - dipóly, ktoré sú v normálnom stave náhodne nasmerované.

V tomto prípade magnetizácia je prijatie určitého smeru magnetickými momentmi. Ak sú nasmerované náhodne, potom sa feromagnet považuje za demagnetizovaný. Ale keď dipóly smerujú rovnakým smerom, materiál sa zmagnetizuje. Podľa stupňa magnetizácie jadra cievky je možné posúdiť veľkosť magnetického poľa vytvoreného prúdom, ktorý cez ňu preteká.

Fyzikálny proces s hysterézou

Podrobne pochopiť proces hysterézy, je potrebné dôkladne preštudovať nasledujúce pojmy:

Pokiaľ ide o materiály, v ktorých je hysterézny efekt najlepšie pozorovateľný, sú to feromagnety. Je to zmes chemické prvky, ktorý je schopný magnetizácie v dôsledku smerovosti magnetických dipólov, preto zvyčajne v zložení sú kovy ako:

• železo;
• kobalt;
• nikel;
• zlúčeniny na nich založené.

Ak chcete vidieť hysterézu, musí byť na cievku s feromagnetickým jadrom privedené striedavé napätie. Zároveň graf magnetizácie nebude silne závisieť od jeho hodnoty, pretože účinok závisí priamo od vlastností samotného materiálu a od veľkosti magnetickej väzby medzi prvkami látky.

Základným bodom pri zvažovaní koncepcie hysterézie v elektronike je práve magnetická indukcia B vytvorená okolo cievky pri použití napätia. Je určená štandardným vzorcom ako súčin magnetickej permitivity látky a súčtu intenzity poľa a magnetizácie.

Rozumieť všeobecný princíp hysterézny efekt , musíte použiť graf. Zobrazuje magnetizačnú slučku zo stavu úplnej demagnetizácie. Oblasť možno označiť číslami 0-1. Pri dostatočnom napätí a trvaní magnetického poľa na materiáli graf dosiahne svoj krajný bod pozdĺž naznačenej trajektórie. Proces sa neuskutočňuje v priamke, ale pozdĺž krivky s určitým ohybom, ktorý charakterizuje vlastnosti materiálu. Čím viac magnetických väzieb medzi molekulami v látke, tým rýchlejšie prechádza do nasýtenia.

Po odstránení napätia z cievky intenzita magnetického poľa klesne na nulu. Toto je oblasť na grafe 1-2. V tomto prípade zostáva materiál zmagnetizovaný v dôsledku smeru magnetických momentov. Ale veľkosť magnetizácie je o niečo nižšia ako pri nasýtení. Ak je takýto účinok pozorovaný v látke, potom ide o feromagnety, ktoré sú schopné akumulovať magnetické pole v sebe v dôsledku silných magnetických väzieb medzi molekulami látky.

So zmenou polarity napätia privádzaného do cievky proces demagnetizácie pokračuje pozdĺž rovnakej krivky do nasýtenia. Iba v tomto prípade budú magnetické momenty dipólov smerovať opačným smerom. S frekvenciou siete sa proces bude periodicky opakovať a bude popisovať graf nazývaný magnetická hysterézna slučka.

Opakovanou magnetizáciou feromagnetika s nižšou silou ako pri saturácii je možné získať skupinu kriviek, z ktorých možno zostaviť všeobecný harmonogram, ktorá charakterizuje stav hmoty od úplne demagnetizovanej po úplne zmagnetizovanú.

Hysterézia je komplexný pojem, ktorá charakterizuje schopnosť látky akumulovať energiu magnetického poľa alebo inej hodnoty v dôsledku existujúcich magnetických väzieb medzi molekulami látky alebo vlastností systému. Ale nielen zliatiny železa, kobaltu a niklu môžu mať takýto účinok. Titanát bárnatý poskytne trochu iný výsledok, keď sa umiestni do poľa s určitou intenzitou.

Keďže ide o feroelektrikum, pozoruje sa v ňom dielektrická hysteréza. Reverzná hysterézna slučka je vytvorená s opačnou polaritou napätia aplikovaného na médium a veľkosť opačného poľa pôsobiaceho na materiál sa nazýva koercitívna sila.

V tomto prípade môže veľkosť poľa predchádzať rôznym intenzitám, čo súvisí so znakmi skutočného stavu dipólov - magnetickými momentmi po poslednej magnetizácii. Proces je tiež ovplyvnený rôzne nečistoty obsiahnuté v materiáli. Čím je ich viac, tým je pohyb stenami dipólov náročnejší, takže zostáva takzvaná zvyšková magnetizácia.

Čo ovplyvňuje hysteréznu slučku?

Zdalo by sa, hysteréza je skôr vnútorný efekt, ktorý nie je viditeľný na povrchu materiálu, ale silne závisí nielen od samotného druhu materiálu, ale aj od kvality a typu jeho opracovania. Napríklad železo prechádza do nasýtenia pri sile 1 Oe a zliatina magnico dosiahne svoju hodnotu kritický bod len za 580 e. Čím viac defektov na povrchu materiálu, tým väčšia intenzita magnetického poľa je potrebná na jeho nasýtenie.

V dôsledku magnetizácie a demagnetizácie sa v materiáli uvoľňuje tepelná energia, ktorá sa rovná ploche hysteréznej slučky. Stratám vo feromagnetiku možno pripísať aj vplyv vírivých prúdov a magnetickej viskozity látky. Toto sa zvyčajne pozoruje, keď sa frekvencia magnetického poľa mení smerom nahor.

V závislosti od charakteru správania sa feromagnetika v prostredí s magnetickým poľom existujú statická a dynamická hysterézia. Prvý je pozorovaný pri nominálnej frekvencii napätia, ale s jeho rastom sa plocha grafu zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu strát.

Iné vlastnosti

Okrem magnetickej hysterézie existujú aj galvomagnetické a magnetostrikčné účinky. Tieto procesy ukazujú zmenu elektrický odpor v dôsledku mechanickej deformácie materiálu. Feroelektriká pod pôsobením deformačných síl sú schopné generovať elektrický prúd, čo sa vysvetľuje piezoelektrickou hysterézou. Existuje aj koncepcia elektro-optickej a dvojitej dielektrickej hysterézie. Posledný proces je zvyčajne najzaujímavejší, pretože je sprevádzaný dvojitým grafom v zónach približujúcich sa k bodom nasýtenia.

Definícia hysterézie neplatí len pre feromagnety používané v elektronike. Tento proces môže tiež prebiehať v termodynamike. Napríklad pri organizovaní vykurovania z plynového alebo elektrického kotla. Regulačným prvkom v systéme je termostat. Ale jedinou kontrolovanou hodnotou je teplota vody v systéme.

Keď klesne na vopred stanovenú úroveň, kotol sa zapne a začne ohrievať na vopred stanovenú hodnotu. Potom sa vypne a proces sa opakuje v cykle. Ak odčítate teplotu počas ohrevu a chladenia systému pri každom cykle zapínania a vypínania kúrenia, dostanete graf vo forme hysteréznej slučky, ktorá sa nazýva hysterézia kotla.

V takýchto systémoch hysteréza je vyjadrená teplotou. Napríklad, ak je 4 °C a teplota chladiacej kvapaliny je nastavená na 18 °C, kotol sa vypne, keď dosiahne 22 °C. Takže si môžete prispôsobiť akékoľvek prijateľné teplotný režim v priestoroch. A termostat je v skutočnosti snímač teploty alebo termostat, ktorý zapína alebo vypína kúrenie pri dosiahnutí dolnej a hornej hranice.

Hysteréza

Fenomén magnetickej hysterézy sa pozoruje nielen pri zmene poľa H vo veľkosti a znamienku, ale aj v jeho rotácii (magnetická rotačná hysterézia), čo zodpovedá oneskoreniu (oneskoreniu) pri zmene smeru M so zmenou smeru H. Hysterézia magnetickej rotácie sa vyskytuje aj vtedy, keď sa vzorka otáča v pevnom smere H.

Teória hysterézneho javu zohľadňuje špecifickú štruktúru magnetickej domény vzorky a jej zmeny počas magnetizácie a obrátenia magnetizácie. Tieto zmeny sú spôsobené posunom doménových stien a rastom niektorých domén na úkor iných, ako aj rotáciou vektora magnetizácie v doménach pod pôsobením vonkajšieho magnetického poľa. Všetko, čo oneskoruje tieto procesy a podporuje vstup magnetov do metastabilných stavov, môže spôsobiť magnetickú hysterézu.

V jednodoménových feromagnetických časticiach (v časticiach malých rozmerov, v ktorých je tvorba domén energeticky nevýhodná) môžu prebiehať iba rotačné procesy M. Týmto procesom bráni magnetická anizotropia rôzneho pôvodu (anizotropia samotného kryštálu, anizotropia tvaru častice a anizotropia elastických napätí). Vďaka anizotropii, M Zdá sa, že je držané nejakým vnútorným poľom (efektívne pole magnetickej anizotropie) pozdĺž jednej z ľahkých magnetizačných osí zodpovedajúcich minimu energie. Magnetická hysteréza nastáva v dvoch smeroch M(pozdĺž a oproti) tejto osi v magneticky jednoosovej vzorke alebo niekoľkých ekvivalentných (v energetických) smeroch M v magneticky multiaxiálnej vzorke zodpovedajú stavom oddeleným od seba potenciálnou bariérou (úmerné ). V prípade obrátenia magnetizácie jednodoménových častíc vektor M otočí v sérii po sebe idúcich nezvratných skokov v smere H. Takéto rotácie sa môžu vyskytovať ako homogénne, tak objemovo nehomogénne. S rovnomerným otáčaním M donucovacia sila. Univerzálnejší je mechanizmus nerovnomerného otáčania M. Najväčší vplyv má však na prípad, keď hlavnú úlohu hrá anizotropia tvaru častice. V tomto prípade môže byť efektívne pole tvarovej anizotropie podstatne menšie.

Feroelektrická hysterézia- nejednoznačná slučkovitá závislosť polarizácie P feroelektriká z vonkajšieho elektrického poľa E pri jej cyklickej zmene. Feroelektrické kryštály majú spontánnu (spontánnu, t.j. vyskytujúcu sa v neprítomnosti vonkajšieho elektrického poľa) elektrickú polarizáciu v určitom teplotnom rozsahu P c. Smer polarizácie môže byť zmenený elektrickým poľom. Zároveň aj závislosť P(E) v polárnej fáze je nejednoznačná, hodnota P daný E závisí od praveku, teda od toho, aké bolo elektrické pole v predchádzajúcich dobách. Hlavné parametre feroelektrickej hysterézie sú:

• zvyšková polarizácia kryštálu P ost, at E = 0
• hodnota poľa E Kt (donucovacie pole) pri ktorom repolarizácia

Elastická hysterézia

Hysterézia slúži na potlačenie šumu (rýchle kmitanie, odskok kontaktu) v momente spínania logických signálov.

V elektronických zariadeniach všetkých druhov sa pozoruje fenomén tepelnej hysterézie: po zahriatí zariadenia a jeho následnom ochladení na počiatočnú teplotu sa jeho parametre nevrátia na počiatočné hodnoty. V dôsledku nerovnakej tepelnej rozťažnosti polovodičových kryštálov, držiakov kryštálov, obalov mikroobvodov a dosiek plošných spojov vznikajú v kryštáloch mechanické napätia, ktoré pretrvávajú aj po ochladení. Fenomén tepelnej hysterézie je najvýraznejší v presných prevodníkoch používaných pri meraní analógovo-digitálnych prevodníkov. V moderných mikroobvodoch je relatívny posun referenčného napätia v dôsledku tepelnej hysterézy rádovo 10-100 ppm.

V biológii

Charakteristické sú hysterézne vlastnosti kostrového svalstva cicavcov.

Vo vede o pôde

Jeden z nich naznačuje vzťah medzi vynaloženým úsilím subjektu vplyvu a dosiahnutým výsledkom. Úroveň vzdelávacej a propagandistickej práce, ktorú subjekt vynaložil, možno korelovať s úrovňou „magnetizácie“ (stupňa zapojenia sa do novej myšlienky) objektu-nositeľa verejnej mienky, sociálna skupina, kolektívne, sociálne spoločenstvo alebo spoločnosť ako celok; v tomto prípade môže byť zistené určité oneskorenie objektu od objektu. Presviedčanie, vrátane tých s údajnými deštruktívnymi následkami, nie je vždy úspešné. Záleží na vlastných morálnych hodnotách, zvykoch, tradíciách, povahe predchádzajúcej výchovy, etické normy dominancia v spoločnosti atď.

Druhá okolnosť súvisí s tým, že nová etapa formovanie verejnej mienky možno korelovať s históriou objektu, jeho skúsenosťami, jeho hodnotením tými, ktorí predtým pôsobili ako objekt formovania verejnej mienky. Zároveň možno zistiť, že „východisko“ doby formovania verejnej mienky sa oproti predchádzajúcemu posúva, čo je charakteristické pre samotný systém a jeho súčasný stav.

Literatúra k téme

• Raddai Raikhlin Občianska vojna, teror a banditizmus. Systematizácia sociológie a sociálnej dynamiky. Sekcia kontroly davu
• Kapustin Valerij SergejevičÚvod do teórie sociálnej sebaorganizácie. Téma 11. Fenomén hysterézy pri formovaní národných foriem a metód sebaorganizácie. Moderné paradoxy a tajomstvá „začiatku“

Vo filozofii

Matematické modely hysterézie

Vzhľad matematických modelov hysterézny jav bol spôsobený pomerne bohatým súborom aplikovaných problémov (predovšetkým v teórii automatického riadenia), pri ktorých nemožno nositeľov hysterézie posudzovať izolovane, keďže boli súčasťou určitého systému. Vznik matematickej teórie hysterézie sa datuje do 60. rokov 20. storočia, kedy na Voronežskej univerzite začal pracovať seminár pod vedením M. A. Krasnoselského, na témy „hysterézy“. Neskôr, v roku 1983, vyšla monografia, v ktorej boli formálne popísané rôzne hysterézne javy v rámci teórie systémov: hysterézne konvertory boli považované za operátory v závislosti od ich počiatočného stavu ako parametra, definovaného na dostatočne bohatom funkčnom priestore (napr. Vesmír spojité funkcie) pôsobiace v nejakom funkčnom priestore. V práci možno nájsť jednoduchý parametrický popis rôznych hysteréznych slučiek (nahradenie harmonických funkcií v tomto modeli pravouhlými, trojuholníkovými alebo lichobežníkovými impulzmi tiež umožňuje získať po častiach lineárne hysterézne slučky, ktoré sa často nachádzajú v diskrétnej automatizácii, pozri príklad v Obr. 2).

Literatúra

Poznámky

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je "Hysteréza" v iných slovníkoch:

- (z gréckeho hysterézne oneskorenie) oneskorenie zmeny fyzikálne množstvo charakterizujúce stav hmoty (magnetizácia M feromagnetika, polarizácia P feroelektrika a pod.), zo zmeny inej fyzikálnej veličiny, ktorá určuje ... ... Veľký encyklopedický slovník

Shift, lag Slovník ruských synoným. hysteréza podstatné meno, počet synoným: 2 oneskorenie (10) … Slovník synonym

HYSTERÉZA, jav charakteristický pre elastické telesá; spočíva v tom, že DEFORMÁCIA telesa pri náraste NAPÁJANIA je menšia ako pri jeho poklese v dôsledku oneskorenia účinku deformácie. Po úplnom odstránení mechanického namáhania zostane ... ... Vedecko-technický encyklopedický slovník

- (z gréckeho oneskorenia hysterézie, oneskorenia) 1) G. v aerodynamike, nejednoznačnosť štruktúry prúdového poľa a následne aerodynamické charakteristiky prúdnicového telesa pre rovnaké hodnoty kinematických parametrov, ale s . ... ... Encyklopédia techniky