Istnieją histerezy magnetyczne, ferroelektryczne, dynamiczne, elastyczne. Występuje również w biologii, gleboznawstwie, ekonomii. Co więcej, istota tej definicji jest prawie taka sama. Ale artykuł skupi się na magnetycznym, dowiesz się więcej o tym zjawisku, od czego zależy i kiedy się objawia. Zjawisko to jest badane na uczelniach o profilu technicznym, nie jest uwzględnione w szkolnym programie nauczania, więc nie wszyscy o tym wiedzą.
Histereza magnetyczna
Jest to nieodwracalna i niejednoznaczna zależność wskaźnika namagnesowania substancji (a są to z reguły ferromagnetyki uporządkowane magnetycznie) od zewnętrznego pola magnetycznego. W tym przypadku pole ciągle się zmienia - malejąc lub zwiększając. Ogólną przyczyną istnienia histerezy jest obecność stanu niestabilnego i stabilnego przy minimum potencjału termodynamicznego, a także nieodwracalne przejścia między nimi. Histereza jest również przejawem magnetycznego orientacyjnego przejścia fazowego pierwszego rzędu. Wraz z nimi następuje przejście z jednej fazy do drugiej z powodu stanów metastabilnych. Cechą charakterystyczną jest wykres, który nazywa się „pętlą histerezy”. Czasami nazywana jest również „krzywą namagnesowania”.
Pętla histerezy
Na wykresie M w funkcji H widać:
- Od stanu zerowego, w którym M=0 i H=0, wraz ze wzrostem H, M również rośnie.
- Kiedy pole wzrasta, namagnesowanie staje się prawie stałe i równe wartości nasycenia.
- Kiedy H maleje, następuje odwrotna zmiana, ale gdy H=0, namagnesowanie M nie będzie równe zeru. Zmianę tę widać z krzywej demagnetyzacji. A gdy H=0, M przyjmuje wartość równą magnetyzacji szczątkowej.
- W miarę wzrostu H w zakresie –Hm… +Hm, namagnesowanie zmienia się wzdłuż trzeciej krzywej.
- Wszystkie trzy krzywe opisujące procesy są połączone i tworzą rodzaj pętli. To ona opisuje zjawisko histerezy - procesy magnetyzacji i demagnetyzacji.
Energia magnetyzacji
Pętla jest uważana za asymetryczną w przypadku, gdy maksima pola H1, które są stosowane w kierunku do tyłu i do przodu, nie są takie same. Pętla została opisana powyżej, która jest charakterystyczna dla procesu powolnego odwracania magnetyzacji. Dzięki nim zachowane są quasi-równowagi między wartościami H i M. Należy zwrócić uwagę na to, żeże podczas magnetyzacji lub demagnetyzacji M pozostaje w tyle za H. A to prowadzi do tego, że cała energia, która jest pozyskiwana przez materiał ferromagnetyczny podczas magnesowania, nie jest całkowicie przenoszona podczas cyklu demagnetyzacji. I ta różnica dotyczy nagrzewania ferromagnesu. A pętla histerezy magnetycznej okazuje się w tym przypadku asymetryczna.
Kształt pętli
Kształt pętli zależy od wielu parametrów - namagnesowania, natężenia pola, obecności strat itp. Składu chemicznego ferromagnetyka, jego stanu strukturalnego, temperatury, charakteru i rozmieszczenia defektów, obecności obróbka (termiczna, termomagnetyczna, mechaniczna). Dlatego histerezę ferromagnesów można zmienić poddając materiały obróbce mechanicznej. Zmienia to wszystkie cechy materiału.
Utrata histerezy
Podczas dynamicznego ponownego magnesowania ferromagnetyka przez zmienne pole magnetyczne obserwuje się straty. Ponadto stanowią tylko niewielką część całkowitych strat magnetycznych. Jeżeli pętle mają tę samą wysokość (taką samą maksymalną wartość namagnesowania M), pętla typu dynamicznego jest szersza niż pętla statyczna. Wynika to z faktu, że do wszystkich strat dodawane są nowe straty. Są to straty dynamiczne, zwykle związane są z prądami wirowymi, lepkością magnetyczną. W sumie uzyskuje się dość znaczne straty histerezy.
Ferromagnesy jednodomenowe
BJeśli cząstki mają różne rozmiary, następuje proces rotacji. Dzieje się tak, ponieważ powstawanie nowych domen jest niekorzystne z energetycznego punktu widzenia. Jednak proces rotacji cząstek jest utrudniony przez anizotropię (magnetyczną). Może mieć inne pochodzenie - powstawać w samym krysztale, powstawać w wyniku naprężeń sprężystych itp.). Ale właśnie za pomocą tej anizotropii magnetyzacja jest utrzymywana przez pole wewnętrzne. Nazywa się to również efektywnym polem anizotropii magnetycznej. A histereza magnetyczna powstaje dzięki temu, że namagnesowanie zmienia się w dwóch kierunkach - do przodu i do tyłu. Podczas ponownego magnesowania ferromagnetyków jednodomenowych dochodzi do kilku skoków. Wektor namagnesowania M skręca w kierunku pola H. Ponadto zwój może być jednorodny lub nierównomierny.
Ferromagnesy wielodomenowe
W nich krzywa magnetyzacji jest zbudowana w podobny sposób, ale procesy są inne. Podczas odwrócenia namagnesowania granice domen przesuwają się. Dlatego jedną z przyczyn histerezy mogą być opóźnienia w przesunięciach granic, a także nieodwracalne skoki. Czasami (jeśli ferromagnetyki mają dość duże pole) o histerezie magnetycznej decyduje opóźnienie wzrostu i powstawanie jąder odwrócenia namagnesowania. To właśnie z tych jąder powstaje struktura domenowa substancji ferromagnetycznych.
Teoria histerezy
Należy wziąć pod uwagę, że zjawisko histerezy magnetycznej występuje również wtedy, gdy pole H wiruje, a nie tylko wtedy, gdy zmienia się w znaku irozmiar. Nazywa się to histerezą rotacji magnetycznej i odpowiada zmianie kierunku namagnesowania M wraz ze zmianą kierunku pola H. Występowanie histerezy rotacji magnetycznej obserwuje się również, gdy próbka jest obracana względem siebie. do stałego pola H.
Krzywa magnetyzacji charakteryzuje również strukturę magnetyczną domeny. Struktura zmienia się podczas przechodzenia procesów namagnesowania i odwrócenia namagnesowania. Zmiany zależą od tego, jak daleko przesuwają się granice domen i od wpływu zewnętrznego pola magnetycznego. Absolutnie wszystko, co może opóźnić wszystkie opisane powyżej procesy, wprowadza ferromagnetyki w stan niestabilny i powoduje wystąpienie histerezy magnetycznej.
Należy wziąć pod uwagę, że histereza zależy od wielu parametrów. Namagnesowanie zmienia się pod wpływem czynników zewnętrznych - temperatury, naprężenia sprężystego, w związku z tym dochodzi do histerezy. W tym przypadku histereza pojawia się nie tylko w namagnesowaniu, ale także we wszystkich tych właściwościach, od których ona zależy. Jak widać stąd zjawisko histerezy można zaobserwować nie tylko podczas namagnesowania materiału, ale także podczas innych procesów fizycznych z nim związanych bezpośrednio lub pośrednio.
