Гистерезис это в электротехнике: Гистерезис в электротехнике. Магнитные свойства веществ — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Гистерезис в электротехнике. Магнитные свойства веществ

Любой электромагнитный сердечник после действия электрического тока какое-то время сохраняет магнитное поле (остаточный магнетизм). Эта величина зависит от свойств материала, но остаточный магнетизм всегда имеется. Чтобы перемагнитить сердечник, необходим магнитный поток обратного направления. Изменение магнитной индукции не успевает за изменением магнитного потока. Эта задержка по времени намагничивания сердечника из-за изменения направления магнитных потоков и именуется как гистерезис.

Чтобы понять всю сущность этого явления, необходимо рассмотреть способность веществ к намагничиванию.

Все вещества в окружающей нас природе в той или иной мере обладают магнитными свойствами. Еще в глубокой древности была известна удивительная способность некоторых минералов притягивать железные предметы. Среди многочисленных навигационных приборов, необходимых для прокладывания курса корабля или самолета, обязательно присутствует магнитный компас.

В точнейших измерительных приборах к числу основных деталей относятся постоянные магниты. Известно, что сильными магнитными свойствами обладает не только железо. Сюда входят кобальт, никель, сплавы на их основе и некоторые редкоземельные элементы. Все эти вещества и сплавы называют ферромагнетиками. Объединяет их способность к самопроизвольной спонтанной намагниченности.

Это свойство ферромагнетиков используют при создании постоянных магнитов. Наличие в атомах вещества нескомпенсированных магнитных моментов является необходимым условием возникновения ферромагнетизма.

В опыте Эйнштейна по величине закручивания при намагничивании образца было доказано, что ферромагнетизм связан со спиновыми магнитными моментами электронов. Обменное взаимодействие электронов при определенных соотношениях диаметра атома и внутренней незаполненной оболочки приводят к параллельной ориентации спинов.

Она возможна только при положительном значении интеграла обменной энергии.

В конечном счете, в ферромагнетике устанавливается такая ориентация спинов, которая обеспечивает минимальное значение суммы энергий магнитного и обменного взаимодействия.

Область с однородной спонтанной намагниченностью называют доменом. Энергетически наиболее выгодно такое расположение доменов, при котором они создают замкнутую магнитную цепь.

Между соседними доменами с различным направлением намагниченности имеются переходные слои, называемые границами или стенками домена. В них происходит постепенный поворот вектора намагниченности.

Ферромагнитные свойства у веществ существуют только в определенной области температуры. Температура, при которой ферромагнетики полностью теряют ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри. Форму и величину доменов на поверхности ферромагнетика можно увидеть под микроскопом

В элементарной кристаллической ячейке железа ребра куба соответствуют направлению наиболее легкого намагничивания кристалла железа. Диагонали граней определяют направление среднего намагничивания.

Направление наиболее трудного намагничивания совпадает с диагоналями куба. Площадь на графике характеризует энергию магнитной анизотропии.

При отсутствии внешнего поля магнитные моменты доменов ориентированы по направлениям легкого намагничивания. В целом образец размагничен.

В слабых полях происходит рост доменов, направление намагниченности которых составляет меньший угол с направлением внешнего поля.

Этот процесс обратим. Если внешнее поле убрать, образец размагнитится. При увеличении внешнего поля происходит дальнейший рост доменов, который приостанавливается из-за дефектов кристалла. Когда поле достигает определенной величины, стенки растущих доменов скачком преодолевают препятствие. За счет этого препятствия кривая намагниченности имеет ступенчатый характер.

Скачкообразные изменения намагниченности создают в катушке соленоида импульсы напряжения. С дальнейшим увеличением поля вектор намагниченности поворачивается от оси легкого намагничивания в сторону внешнего поля, пока они не совпадут.

Гистерезис

Этот участок называют областью технического насыщения ферромагнетика, а соответствующую величину поля, полем насыщения. Если от этой величины поле уменьшить до нуля, в образце сохранится остаточное намагничивание.

Гистерезис – это явление отставания намагниченности от напряженности внешнего поля. Замыкающие домены, создавая замкнутую магнитную цепь, снижают поля рассеивания и уменьшают свободную энергию образца.

Его определяют, как разность величин магнитного насыщения ферромагнетика и намагниченности замыкающих доменов. Чтобы размагнитить образец, необходимо приложить к нему отрицательное поле, называемое коэрцитивной силой. Когда поле достигнет величины насыщения, произойдет полное перемагничивание ферромагнетика.

На графике можно определить еще одно свойство, которое имеет гистерезис. При очередном изменении поля кривая намагничивания замыкает петлю, которую называют петлей гистерезиса.

Гистерезисная петля для условия насыщения называется предельной петлей. Ее площадь пропорциональна потерям энергии на перемагничивание образца. Ферромагнетики намагничиваясь, изменяют свои линейные размеры. Это явление называют магнитострикцией.

Выделяются две основные группы ферромагнитных материалов:

Магнитотвердые.
Магнитомягкие.

Одно из основных требований к магнитомягким материалам – их высокая коэрцитивная сила. Магнитомягкие материалы намагничиваются до насыщения при небольших полях и имеют малые потери на перемагничивание. От этих параметров зависит потеря энергии трансформатора.

Например, в линии электропередач мощностью 100 х 10⁶ ВА с трансформаторами на концах, ежегодные потери составляют около 5 миллионов киловатт-часов. Одним из лучших представителей магнитомягких материалов считают пермаллой – сплав железа и никеля. Намагниченность пермаллоя в слабых полях в десятки раз превосходит намагниченность железа. Магнитные упорядоченные структуры в некоторых веществах отличаются от магнитной структуры ферромагнетиков.

Если в железе, кобальте и никеле спиновые магнитные моменты направлены параллельно, то в хроме и марганце – антипараллельно. Такие вещества называют антиферромагнетиками.

В данном случае магнитные подрешетки с самопроизвольной намагниченностью компенсированы. Если в кристаллах вещества нет полной компенсации магнитных подрешеток, то его называют ферримагнетиком. Феррит – один из примеров ферримагнетиков, который широко используют в технике. Структура ферритов подобна структуре минералов шпинели, в котором ионы неферромагнитных металлов заменены ферромагнитными.

Гистерезис в электротехнике и электронике

Из многообразия примеров использования ферромагнитных материалов расскажем о применении их в запоминающих устройствах. Для оперативного запоминания информации используют память на ферритовых кольцах. Одного ферритового сердечника достаточно для запоминания одного бита информации. В качестве долговременных запоминающих устройств большой емкости служат специальные магнитные диски (триггеры Шмидта).

Также он используется в специальных гистерезисных электромоторах, устройствах шумоподавления (дребезг контактов, колебания и т.д.) при коммутации логических схем.

Во многих электронных устройствах существует тепловой гистерезис. Во время работы приборы нагреваются, а после охлаждения некоторые свойства уже не принимают начальные значения. При нагреве микросхемы, печатной платы, кристаллы полупроводников расширяются, появляется механическое напряжение. При охлаждении это напряжение в какой-то мере остается.

Гистерезис

Пример HTML-страницы

Гистерезис в общем понятии (от греческого – отстающий) — это свойство определенных физических, биологических и иных систем, которые реагируют на соответствующие воздействия с учетом текущего состояния, а также предыстории.

Гистерезис характерен т.н. «насыщением», и различными траекториями соответствующих графиков, отмечающих состояние системы в данный момент времени. Последние, в итоге, имеют форму остроугольной петли.

Если же рассматривать конкретно электротехнику, то каждый электромагнитный сердечник после окончания воздействия электрического тока в течение некоторого времени сохраняет собственное магнитное поле, называемое остаточным магнетизмом.

Его величина зависит, прежде всего, от свойств материала: у закаленной стали она существенно выше, чем у мягкого железа.

Но, в любом случае, явление остаточного магнетизма всегда присутствует при перемагничивании сердечника, когда необходимо размагнитить его до нуля, а затем изменить полюс на противоположный.

Любое изменение направления тока в обмотке электромагнита предусматривает (из-за наличия вышеуказанных свойств материала) предварительное размагничивание сердечника. Только после этого он может поменять свою полярность — это известный закон физики.

Для перемагничивания в обратном направлении необходим соответствующий магнитный поток.

Другими словами: изменение магнитной индукции сердечника не «поспевает» за соответствующими изменениями магнитного потока, которое оперативно создает обмотка.

Вот эта временная задержка намагничивания сердечника от изменений магнитных потоков и получило название в электротехнике как гистерезис.

Каждое перемагничивание сердечника предусматривает избавление от остаточного магнетизма путем воздействия противонаправленным магнитным потоком. На практике это приводит к определенным потерям электроэнергии, которые тратятся на преодоление «неправильной» ориентации молекулярных магнитиков.

Последние проявляются в виде выделения тепла, и представляют так называемые затраты на гистерезис.

Таким образом, стальные сердечники, например, статоров или якорей электродвигателей или генераторов, а также силовых трансформаторов, должны иметь по возможности наименьшую корреляционную силу. Это позволит снизить гистерезисные потери, повысив в итоге КПД соответствующего электрического агрегата или прибора.

Сам процесс намагничивания определяется соответствующим графиком – так называемой петлей гистерезиса. Она представляет замкнутую кривую, отображающую зависимость скорости намагничивания от изменения динамики напряженности внешнего поля.

Большая площадь петли подразумевает, соответственно, и большие затраты на перемагничивание.

Также практически во всех электронных приборах наблюдается и такое явление, как тепловой гистерезис – невозвращение после прогрева аппаратуры к изначальному состоянию.

В электротехнике и электронике явление гистерезиса используется в различных магнитных носителях информации (например, триггерах Шмидта), или в специальных гистерезисных электродвигателях.

Широкое распространение этот физический эффект нашел также в различных устройствах, предназначенных для подавления различных шумов (дребезг контактов, быстрые колебания и т. п.) в процессе переключения логических схем.

гистерезис

Система с гистерезисом демонстрирует зависимость от пути или «независимую от скорости память». Напротив, рассмотрим детерминированную систему без гистерезиса и без динамики. В этом случае мы можем предсказать выход системы в некоторый момент времени, зная только входные данные системы в этот момент. Если система имеет гистерезис, то это не так; мы не можем предсказать результат, не глядя на историю ввода. Чтобы предсказать вывод, мы должны посмотреть на путь, по которому шли входные данные, прежде чем они достигли своего текущего значения. Система с гистерезисом имеет память.

Многие физические системы имеют естественный гистерезис. Кусок железа, помещенный в магнитное поле, сохраняет некоторую намагниченность даже после того, как внешнее магнитное поле исчезнет. Однажды намагничившись, железо останется намагниченным на неопределенный срок. Чтобы размагнитить железо, необходимо было бы приложить магнитное поле в противоположном направлении. Этот эффект используется в коммерческих целях; например, он обеспечивает элемент памяти на жестком диске.

Созданные людьми системы иногда намеренно демонстрируют гистерезис. Например, рассмотрим термостат, который управляет печью. Печь либо выключена, либо включена, между ними ничего нет. Термостат — это система; его вход — температура, а выход — состояние печи. Если мы хотим поддерживать температуру 20 градусов, то мы можем настроить термостат так, чтобы печь включалась, когда температура падала ниже 18 градусов, и выключалась, когда температура превышала 22 градуса.

Этот термостат имеет гистерезис. Допустим, температура 21 градус. Учитывая эту информацию, мы не можем предсказать, будет ли печь включена или выключена; невозможно предсказать мгновенный выход термостата, зная только его мгновенный вход.

Термин происходит от древнегреческого слова υστέρησις, означающего «недостаток» или «отставание». Он был придуман сэром Джеймсом Альфредом Юингом.

Дополнительные рекомендуемые знания

Содержимое

1 Введение
2 Неформальное определение
3 Магнитный гистерезис
4 Электрический гистерезис
5 Фазовые переходы жидкость-твердое

6 Гистерезис контактного угла
7 Потенциальный гистерезис матрицы
8 Энергия
9 Экономика
10 Дизайн пользовательского интерфейса
11 Электроника
12 Клеточная биология
13 Неврология
14 Физиология дыхания
15 приложений
16 См. также
17 Каталожные номера

Введение

Явления гистерезиса возникают в магнитных и ферромагнитных материалах, а также в упругом и электромагнитном поведении материалов, когда возникает запаздывание между приложением и устранением силы или поля и его последующим действием. Электрический гистерезис возникает при приложении переменного электрического поля, а упругий гистерезис возникает в ответ на изменение силы. Термин «гистерезис» иногда используется в других областях, таких как экономика или биология. В таких случаях он описывает эффект памяти или запаздывания, при котором порядок предыдущих событий может влиять на порядок последующих событий.

Вышеприведенное слово «задержка» не обязательно должно интерпретироваться как временная задержка. В конце концов, даже относительно простые линейные системы, такие как электрическая цепь, содержащая резисторы и конденсаторы, имеют временную задержку между входом и выходом.

Для большинства гистерезисных систем существует очень короткий временной масштаб, когда наблюдается его динамическое поведение и различные связанные с ним временные зависимости. В магнетизме, например, динамические процессы, происходящие в этом очень коротком масштабе времени, были названы скачками Баркгаузена. Если наблюдения проводятся в течение очень длительных периодов времени, можно заметить ползучесть или медленную релаксацию, как правило, к истинному термодинамическому равновесию (или другим типам равновесия, которые зависят от природы системы). Когда наблюдения проводятся без учета очень быстрых динамических явлений или очень медленных явлений релаксации, система, по-видимому, демонстрирует необратимое поведение, скорость которого практически не зависит от скорости движущей силы. Это независимое от скорости необратимое поведение является ключевой особенностью, которая отличает гистерезис от большинства других динамических процессов во многих системах.

Если смещение системы с гистерезисом изобразить на графике в зависимости от приложенной силы, результирующая кривая будет иметь форму петли. Напротив, кривая для системы без гистерезиса представляет собой одну, не обязательно прямую линию. Хотя петля гистерезиса зависит от физических свойств материала, полного теоретического описания, объясняющего это явление, не существует. Семейство петель гистерезиса, возникающее в результате приложения различных напряжений или сил, образует замкнутое пространство в трех измерениях, называемое истероидом.

Гистерезис изначально считался проблематичным, но теперь считается, что он имеет большое значение в технологии. Например, свойства гистерезиса применяются при создании постоянной памяти для компьютеров: гистерезис позволяет большинству сверхпроводников работать при высоких токах, необходимых для создания сильных магнитных полей. Гистерезис также важен в живых системах. Многие критические процессы, происходящие в живых (или умирающих) клетках, используют гистерезис, чтобы помочь стабилизировать их против различных эффектов случайных химических колебаний.

Некоторые ранние работы по описанию гистерезиса в механических системах были выполнены Джеймсом Клерком Максвеллом. Впоследствии моделям гистерезиса уделялось значительное внимание в работах Прейзаха (Preisach model of hysteresis), Нила и Эверетта в связи с магнетизмом и поглощением. Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти здесь

[1] (в модели замена прямоугольных, треугольных или трапециевидных импульсов вместо гармонических функций также позволяет строить кусочно-линейные петли гистерезиса, часто используемые в дискретной автоматике) . Более формальная математическая теория систем с гистерезисом была разработана в 1970-х годов группой русских математиков под руководством одного из основоположников нелинейного анализа Марка Красносельского. Он предложил исследовать явления гистерезиса с помощью теории нелинейных операторов.

Неформальное определение

Феномен гистерезиса концептуально можно объяснить следующим образом. Систему можно разделить на подсистемы или домены, намного превышающие атомный объем, но все же микроскопические. Такие домены обычно возникают в сегнетоэлектрических и ферромагнитных системах, поскольку отдельные диполи имеют тенденцию группироваться друг с другом, образуя небольшую изотропную область.

Можно показать, что каждый из доменов системы имеет метастабильное состояние. Метастабильные домены, в свою очередь, могут иметь два или более подсостояний. такой метастабильное состояние сильно колеблется от домена к домену, но среднее значение представляет собой конфигурацию с самой низкой энергией. Гистерезис — это просто сумма всех доменов или сумма всех метастабильных состояний.

С математической точки зрения гистерезис равен скорости независимой памяти . Более формальные математические определения см. в библиографии.

Магнитный гистерезис

Гистерезис хорошо известен в ферромагнитных материалах. Когда внешнее магнитное поле приложено к ферромагнетику, атомные диполи выравниваются с внешним полем. Даже при удалении внешнего поля часть выравнивания сохранится: материал стал намагниченный .

Зависимость между напряженностью магнитного поля (H) и плотностью магнитного потока (B) в таких материалах не является линейной. Если зависимость между ними построена для увеличения уровней напряженности поля, она будет следовать кривой до точки, где дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля не приведет к дальнейшему изменению плотности потока. Это состояние называется магнитным насыщением.

Если теперь магнитное поле уменьшается линейно, построенная зависимость будет следовать другой кривой обратно к нулевой напряженности поля, и в этой точке она будет смещена от исходной кривой на величину, называемую остаточная плотность потока или остаточная намагниченность.

Если построить эту зависимость для всех значений напряженности приложенного магнитного поля, результатом будет своего рода S-образная петля . «Толщина» среднего бита S описывает величину гистерезиса, связанного с коэрцитивной силой материала.

Его практические эффекты могут заключаться, например, в том, что реле замедляет срабатывание из-за того, что оставшееся магнитное поле продолжает притягивать якорь, когда подача электрического тока на управляющую катушку прекращается.

Эта кривая для конкретного материала влияет на конструкцию магнитной цепи.

Это также очень важный эффект в магнитной ленте и других магнитных носителях информации, таких как жесткие диски. В этих материалах кажется очевидным, что одна полярность представляет собой бит, скажем, север для 1 и юг для 0. Однако, если вы хотите изменить хранилище с одного на другое, эффект гистерезиса требует, чтобы вы знали, что там уже было. , так как необходимое поле в каждом случае будет разным. Чтобы избежать этой проблемы, записывающие системы сначала переводят всю систему в известное состояние, используя процесс, известный как смещение. Аналоговая магнитная запись также использует этот метод. Для разных материалов требуется разное смещение, поэтому на передней панели большинства кассетных магнитофонов есть переключатель для этого.

Чтобы свести к минимуму этот эффект и связанные с ним потери энергии, используются ферромагнитные вещества с низкой коэрцитивной силой и низкими потерями на гистерезис, такие как пермаллой.

Во многих приложениях небольшие петли гистерезиса вращаются вокруг точек на плоскости B-H. Петли вблизи начала координат имеют более высокое значение µ. Чем меньше петли, тем больше они имеют магнитомягкую (длинную) форму. В частном случае затухающее переменное поле размагничивало любой материал.

Электрический гистерезис

Электрический гистерезис обычно имеет место в сегнетоэлектрическом материале, где домены поляризации вносят вклад в общую поляризацию. Поляризация представляет собой электрический дипольный момент (либо C·m ^-2, либо C·m).

Фазовые переходы жидкость-твердое

Гистерезис проявляется в переходах состояний, когда температура плавления и температура замерзания не совпадают. Например, агар плавится при 85°С и затвердевает при температуре от 32 до 40°С. Это означает, что после плавления агара при температуре 85 градусов он сохраняет жидкое состояние до тех пор, пока не остынет до 40 градусов по Цельсию. Поэтому от температуры от 40 до 85 градусов Цельсия агар может быть как твердым, так и жидким, в зависимости от того, в каком состоянии он был до этого.

Гистерезис контактного угла

Контактный угол, образующийся между жидкой и твердой фазами, может быть измерен динамически. Когда максимальный объем жидкости удаляется из капли без уменьшения межфазной поверхности, таким образом измеряется краевой угол отступания. Когда объем увеличивается до максимума до того, как площадь поверхности раздела увеличивается, это и есть наступающий контактный угол. Разница между наступающим и удаляющимся контактными углами называется гистерезисом контактного угла.

Потенциальный гистерезис матрицы

Соотношение между матричным водным потенциалом и содержанием воды лежит в основе кривой водоудерживающей способности. Измерения матричного потенциала (Ψ _м ) преобразуются в измерения объемного содержания воды (θ) на основе калибровочной кривой для конкретного участка или почвы. Гистерезис является источником погрешности измерения содержания воды. Гистерезис матричного потенциала возникает из-за различий в характеристиках смачивания, вызывающих повторное смачивание сухой среды; то есть это зависит от истории насыщения пористой среды. Гистерезисное поведение означает, что, например, при матричном потенциале (Ψ _m ) при 5 кПа, объемное содержание воды (θ) в мелкозернистой песчаной почве может составлять от 8% до 25% ^[2] .

Тензиометры напрямую зависят от этого типа гистерезиса. На два других типа датчиков, используемых для измерения водного потенциала почвы, также влияют эффекты гистерезиса внутри самого датчика. Блоки сопротивления, как на нейлоновой, так и на гипсовой основе, измеряют матричный потенциал как функцию электрического сопротивления. Связь между электрическим сопротивлением датчика и потенциалом матрицы датчика является гистерезисной. Термопары измеряют матричный потенциал как функцию рассеивания тепла. Гистерезис возникает из-за того, что измеренное рассеяние тепла зависит от содержания воды в датчике, а соотношение содержания воды в датчике и матричного потенциала является гистерезисным. С 2002 г. при калибровке датчиков влажности почвы обычно измеряются только кривые десорбции. Несмотря на то, что это может быть источником значительной ошибки, специфический для датчика эффект гистерезиса обычно игнорируется. ^[3]

Энергия

Когда возникает гистерезис с экстенсивными и интенсивными переменными, работа, выполненная системой, представляет собой площадь под графиком гистерезиса.

Экономика

Некоторые экономические системы демонстрируют признаки гистерезиса. Например, показатели экспорта подвержены сильному эффекту гистерезиса: может потребоваться большой толчок (т. е. значительные изменения в стимулах), чтобы начать экспорт страны, но после того, как переход осуществлен, для его продолжения может потребоваться немногое.

Другим примером является представление о том, что инфляционная политика ведет к постоянно более высокому «естественному» уровню безработицы (NAIRU) из-за предположения, что инфляционные ожидания «липки» вниз из-за негибкости заработной платы и несовершенства рынка труда.

Многие экономисты также утверждают, что безработица сама по себе подвержена эффекту гистерезиса. Утверждается, что сохранение безработицы обусловлено различными факторами, включая дефицит спроса и институты рынка труда.

Показывает гистерезис в теории игр, например, применительно к качеству, честности или коррупции. Немного отличающиеся начальные условия могут привести к противоположным результатам, устойчивым «хорошим» и «плохим» равновесиям.

Экономисты-бихевиористы пытаются измерить прирост полезности от приобретения предмета и потерю полезности от потери того же предмета. С большой регулярностью потеря полезности больше, чем прирост полезности, а это означает, что если человек проходит через полный цикл приобретения и потери, он может оказаться в худшем положении, чем если бы он или она никогда не получали первоначальный выигрыш.

Дизайн пользовательского интерфейса

Область дизайна пользовательского интерфейса позаимствовала термин гистерезис для обозначения времени, когда состояние пользовательского интерфейса намеренно отстает от видимого пользовательского ввода. Например, меню, которое было нарисовано в ответ на событие наведения мыши, может оставаться на экране в течение короткого времени после того, как мышь переместилась из области триггера и области меню. Это позволяет пользователю перемещать мышь непосредственно к элементу в меню, даже если часть этого прямого пути мыши находится за пределами как области триггера, так и области меню. Например, щелчок правой кнопкой мыши на рабочем столе в большинстве интерфейсов Windows создаст меню, демонстрирующее такое поведение.

Электроника

Гистерезис можно использовать для фильтрации сигналов, чтобы выход реагировал медленно, принимая во внимание недавнюю историю. Например, термостат, управляющий нагревателем, может включить нагреватель, когда температура упадет ниже А градусов, но не выключит его, пока температура не поднимется выше В градусов. Таким образом, включение/выключение выхода термостата на нагреватель, когда температура находится между A и B, зависит от истории изменения температуры. Это предотвращает быстрое включение и выключение при отклонении температуры от заданного значения.

Триггер Шмитта представляет собой простую электронную схему, которая также обладает этим свойством. Часто к электронной схеме (или цифровому алгоритму) намеренно добавляется некоторый гистерезис, чтобы предотвратить нежелательное быстрое переключение. Этот и подобные методы используются для компенсации дребезга контактов в переключателях или шума в электрическом сигнале.

Реле с фиксацией использует соленоид для приведения в действие храпового движения, которое удерживает реле в замкнутом состоянии, даже если питание реле отключено.

Клеточная биология

Клетки, подвергающиеся клеточному делению, проявляют гистерезис в том смысле, что требуется более высокая концентрация циклинов, чтобы переключить их из фазы G2 в митоз, чем для того, чтобы остаться в митозе после его начала. ^[4]

Неврология

Свойство, благодаря которому некоторые нейроны не возвращаются в исходное состояние из стимулированного состояния сразу после устранения стимула, является примером гистерезиса.

Физиология дыхания

Кривая зависимости давления от объема вдоха отличается от кривой зависимости давления от объема выдоха, эта разница описывается как гистерезис. Объем легких при любом заданном давлении во время вдоха меньше объема легких при любом заданном давлении во время выдоха ^[5] .

Приложения

Гистерезис представляет состояния, а форма характеристической кривой иногда напоминает состояние с двумя значениями, также называемое бистабильным состоянием. Кривая гистерезиса действительно содержит бесконечно много состояний, но простое применение состоит в том, чтобы позволить пороговым областям (обычно слева и справа) представлять, соответственно, включенное и выключенное состояния. Таким образом, систему можно считать бистабильной. Обратите внимание, что даже если внешнее поле не применяется, положение кривой гистерезиса может меняться со временем: оно не обязательно должно быть неподвижным ; то есть система может не оставаться в том же состоянии, что и раньше. Системе может потребоваться новая передача энергии, чтобы быть стационарной.

Эффект гистерезиса можно использовать при подключении сложных схем с так называемой пассивной матричной адресацией. Эту схему хвалят как метод, который можно использовать в современной наноэлектронике, электрохромных ячейках, эффекте памяти и т. д. В этой схеме между соседними компонентами создаются короткие пути (см. перекрестные помехи), а гистерезис помогает удерживать компоненты в определенном состоянии, в то время как другие компоненты меняют свое состояние. То есть можно обращаться ко всем строкам одновременно, а не к каждой по отдельности.

В экономике гистерезис широко используется в области рынков труда. Согласно теориям, основанным на гистерезисе, экономические спады ( рецессия ) приводят к тому, что человек становится безработным, теряет свои навыки (обычно развиваемые «на работе»), демотивируется / разочаровывается, и работодатели могут использовать время, проведенное в безработице. как ширма. Во времена экономического подъема или «бума» затронутые работники не будут участвовать в процветании, оставаясь долгосрочными безработными (> 52 недель). Гистерезис был выдвинут в качестве возможного объяснения низких показателей безработицы во многих странах XIX в.90-е. Таким образом, реформа рынка труда и/или сильный экономический рост могут не помочь этому пулу длительно безработных, и поэтому в качестве возможного политического решения предлагаются специальные целевые программы обучения.

В области аудиоэлектроники нойз-гейт часто преднамеренно реализует гистерезис, чтобы предотвратить «дребезжание» гейта при подаче сигналов, близких к его порогу.

Подвески небольших транспортных средств с использованием резины (или других эластомеров) могут выполнять двойную функцию пружины и демпфирования, поскольку резина, в отличие от металлических пружин, имеет выраженный гистерезис и не возвращает всю поглощенную энергию сжатия при отбое. В горных велосипедах часто использовалась подвеска из эластомера, как и в оригинальном автомобиле Mini.

См. также

Остаточное
Гистерезис
Зависимость от пути
Люфт (технический)
Марк Красносельский и Алексей Покровский, Системы с гистерезисом , Springer-Verlag, Нью-Йорк, 1989.
Исаак Д. Майергойз, Математические модели гистерезиса и их приложения: второе издание (электромагнетизм) , Academic Press, 2003.
Наука о гистерезисе (набор из 3 томов) 9 Джон Б. Уэст (2005 г.). Респираторная физиология: основы . Хагерстаун, Мэриленд: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 0-7817-5152-7 .

Потери на гистерезис и потери на вихревые токи: в чем разница?

Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основная информация / Потери на гистерезис и потери на вихревые токи: в чем разница?

30 марта 2018 г. By Danielle Collins Оставить комментарий

Все электродвигатели испытывают потери вращения при преобразовании электрической энергии в механическую. Эти потери обычно классифицируются как магнитные потери, механические потери, потери в меди, потери на щетках или паразитные потери, в зависимости от основной причины и механизма. В категорию магнитных потерь входят два типа — гистерезисные потери и потери на вихревые токи.

Гистерезисные потери

Гистерезисные потери вызваны намагничиванием и размагничиванием сердечника при протекании тока в прямом и обратном направлениях. По мере увеличения намагничивающей силы (тока) увеличивается магнитный поток. Но когда намагничивающая сила (ток) уменьшается, магнитный поток уменьшается не с той же скоростью, а менее плавно. Поэтому, когда намагничивающая сила достигает нуля, плотность потока все еще имеет положительное значение. Чтобы плотность потока достигла нуля, намагничивающая сила должна быть приложена в отрицательном направлении.

Зависимость между силой намагничивания H и плотностью потока B показана на кривой гистерезиса или петле. Площадь петли гистерезиса показывает энергию, необходимую для завершения полного цикла намагничивания и размагничивания, а площадь петли представляет энергию, потерянную во время этого процесса.

Петля гистерезиса показывает взаимосвязь между плотностью наведенного магнитного потока (B) и силой намагничивания (H). Его часто называют петлей B-H.
Изображение предоставлено: Ресурсный центр NDT
The equation for hysteresis loss is given as:
P _b = η * B _max ⁿ * f * V
P _b = hysteresis loss (W)
η = коэффициент гистерезиса Штейнмеца, в зависимости от материала (Дж/м ³ )
B _{макс. 2,5, в зависимости от материала}
f = частота перемагничивания в секунду (Гц)
В = объем магнитного материала (м ³ )
Потери на вихревые токи
Потери на вихревые токи в котором говорится, что «Любое изменение в окружающей среде катушки с проводом вызовет индуцирование напряжения в катушке, независимо от того, как создается магнитное изменение». Таким образом, когда сердечник двигателя вращается в магнитном поле, в катушках индуцируется напряжение или ЭДС. Эта индуцированная ЭДС вызывает протекание циркулирующих токов, называемых вихревыми токами. Потери мощности, вызванные этими токами, известны как потери на вихревые токи.
В сердечниках якоря двигателей используется множество тонких кусков железа (называемых «пластинками»), а не один кусок, потому что сопротивление отдельных кусков выше, чем сопротивление одного сплошного куска. Это более высокое сопротивление (из-за меньшей площади на единицу) уменьшает вихревые токи и, в свою очередь, потери на вихревые токи. Пластины изолированы друг от друга лаковым покрытием для предотвращения «перескакивания» вихревых токов с одной пластины на другую.
Вихревые токи в многослойных сердечниках (справа) меньше, чем в сплошных сердечниках (слева).
Image credit: wikipedia.org
The equation for eddy current loss is given as:
P _e = K _e * B _max ² * f ² * t ² * V
P _e = eddy current loss (W)
K _E = константа вихревого тока
B = плотность потока (WB/M ²)
F = частота магнитных повторений на второй )
В = объем (м ³ )
Магнитные потери названы так потому, что они зависят от магнитных путей в двигателе, но их также называют «потери в сердечнике» и «потери в стали» ».