Site Loader

Содержание

Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

Биологические и физические системы способны мгновенно откликаться на приложенное к ним воздействие. Если рассмотреть это явление на временной оси координат, то становится заметно, что отклик зависит от предыстории системы и ее текущего состояния. График, который наглядно демонстрирует это свойство систем, получил название петли гистерезиса, которая отличается остроугольной формой.

Оригинальная форма петли обусловлена эффектом насыщения и неравномерностью траектории между соседними расстояниями. Эффект гистерезиса имеет кардинальные отличия от инерционности, с которой его часто путают, забывая о том, что монотонное сопротивление существенно отличается от мгновенного сопротивления на воздействие.

Петля гистерезиса является циклом, в ходе которого часть свойств системы используются независимо от воздействий, а часть – отправляется на повторную проверку.

В физике наиболее часто системы сталкиваются со следующими видами гистерезиса:

  • Магнитный – отражает зависимость между векторами напряжения магнитного поля и намагничивания в веществе. Это явление объясняет существование постоянных магнитов.
  • Сепнгетоэлектрический – зависимость между поляризацией сегнетоэлектриков и изменения внешнего электрического поля.
  • Упругий – зависимость деформации упругих материалов от воздействия высоких давлений. Это явление лежит в основе великолепных механических характеристик изделий из кованого метала.

Упругий гистерезис встречается двух основных видов – статический и динамический. В первом случае петля будет равномерной, во втором – постоянно меняющейся.

В электротехнике широко применяются устройства, в основе которых лежат магнитные взаимодействия. Наиболее распространение получили магнитные носители данных. Понимание гистерезиса необходимо для подавления в них шумов, таких как быстрые колебания или дребезжание контактов.

В большинстве электронных приборов наблюдается явление теплового гистерезиса. В процессе работы устройства нагреваются, а после охлаждения ряд характеристик уже не могут принять первоначальные явления.

Так, в процессе нагрева происходит расширение микросхем и печатных плат, полупроводниковых кристаллов. В результате развивается механическое напряжение, воздействие которого на элементы системы сохраняется после остывания. Особенно ярко тепловой гистерезис проявляется в высокоточных источниках опорного напряжения.

Гистерезис — это… Что такое Гистерезис?

        явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно зависит от физические величины, характеризующей внешние условия (например, магнитного поля). Г. наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т.к. для изменения состояния тела всегда требуется определённое время (время релаксации (См. Релаксация)) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внешние условия Однако для некоторых процессов отставание при замедлении изменения внешних условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин называется гистерезисной, а само явление — Г.

         Г. наблюдается в различных веществах и при разных физических процессах. Наибольший интерес представляют: магнитный Г., диэлектрический Г. и упругий Г.

         Магнитный Г. наблюдается в магнитных материалах, например в ферромагнетиках (См. Ферромагнетики). Основной особенностью ферромагнетиков является наличие спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. Обычно ферромагнетик намагничен не однородно, а разбит на доме́ны — области однородной спонтанной намагниченности, у которых величина намагниченности (магнитного момента единицы объема) одинакова, а направления различны. Под действием внешнего магнитного поля число и размеры доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счёт др. доменов. Кроме того, магнитные моменты отдельных доменов могут поворачиваться по полю. В результате магнитный момент образца увеличивается.

         На рис. 1 изображена зависимость магнитного момента М ферромагнитного образца от напряжённости Н внешнего магнитного поля (кривая намагничивания). В достаточно сильном магнитном поле образец намагничивается до насыщения (при дальнейшем увеличении поля значение М практически не изменяется, точка А). При этом образец состоит из одного домена с магнитным моментом насыщения
Ms
, направленным по полю. При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля Н магнитный момент образца М будет уменьшаться по кривой I преимущественно за счёт возникновения и роста доменов с магнитным моментом, направленным против поля. Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение затруднено из-за наличия в образце различных дефектов (примесей, неоднородностей и т.п.), которые закрепляют доменные стенки в некоторых положениях; требуются достаточно сильные магнитные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля Н до нуля у образца сохраняется т. н. остаточный магнитный момент
Mr
(точка В).

         Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой (См. Коэрцитивная сила)) Нс (точка С). При дальнейшем увеличении магнитного поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой II. Т. о., при циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение магнитного момента образца, образует петлю магнитного Г. Если поле Н циклически изменять в таких пределах, что намагниченность насыщения не достигается, то получается непредельная петля магнитного Г. (кривая
III
). Уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

         При магнитном Г. одному и тому же значению напряжённости внешнего магнитного поля Н соответствуют разные значения магнитного момента М. Эта неоднозначность обусловлена влиянием состояний образца, предшествующих данному (т. е. магнитной предысторией образца).

         Вид и размеры петли магнитного Г., величина Нс в различных ферромагнетиках могут меняться в широких пределах. Например, в чистом железе

Нс= 1 э, в сплаве магнико Нс= 580 э. На петлю магнитного Г. сильно влияет обработка материала, при которой изменяется число дефектов (рис. 2).

         Площадь петли магнитного Г. равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г. нежелательны (например, в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрических машин), применяют магнитномягкие материалы, обладающие малым Нс

и малой площадью петли Г. Для изготовления постоянных магнитов, напротив, требуются магнитножёсткие материалы с большим Нс.

         С ростом частоты переменного магнитного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами (См. Вихревые токи) и магнитной вязкостью (См. Магнитная вязкость). Соответственно площадь петли Г. при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда называют динамической петлей, в отличие от описанной выше статической петли.

         От магнитного момента зависят многие др. свойства ферромагнетика, например электрическое сопротивление, механическая деформация. Изменение магнитного момента вызывает изменение и этих свойств. Соответственно наблюдается, например, гальваномагнитный Г., магнитострикционный Г.

         Диэлектрический Г. наблюдается обычно в сегнетоэлектриках (См. Сегнетоэлектрики), например титанате бария. Зависимость поляризации Р от напряжённости электрического поля Е в сегнетоэлектриках (рис. 3) подобна зависимости М от Н в ферромагнетиках и объясняется наличием спонтанной электрической поляризации, электрических доменов (См. Домены) и трудностью перестройки доменной структуры. Гистерезисные потери составляют большую часть диэлектрических потерь (См. Диэлектрические потери) в сегнетоэлектриках.          Поскольку с поляризацией связаны др. характеристики сегнетоэлектриков, например деформация, то с диэлектрическим Г. связаны др. виды Г., например пьезоэлектрический Г. (
рис. 4
), Г. электрооптического эффекта (См. Электрооптический эффект). В некоторых случаях наблюдаются двойные петли диэлектрического Г. (рис. 5). Это объясняется тем, что под влиянием электрического поля в образце происходит фазовый переход с перестройкой кристаллической структуры. Такого рода диэлектрический Г. тесно связан с Г. при фазовых переходах.          Упругий Г., т. е. гистерезисная зависимость деформации и от механического напряжения σ, наблюдается в любых реальных материалах при достаточно больших напряжениях (
рис. 6
). Упругий Г. возникает всякий раз, когда имеет место пластическая (неупругая) деформация (см. Пластичность). Пластическая деформация обусловлена перемещением дефектов, например дислокаций (См. Дислокации), всегда присутствующих в реальных материалах. Примеси, включения и др. дефекты, а также сама кристаллическая решётка стремятся удержать дислокацию в определенных положениях в кристалле. Поэтому требуются напряжения достаточной величины, чтобы сдвинуть дислокацию. Механическая обработка и введение примесей приводят к закреплению дислокаций, в результате чего происходит упрочнение материала, пластическая деформация и упругий Г. наблюдаются при больших напряжениях. Энергия, теряемая в образце за один цикл, идёт в конечном счёте на нагревание образца. Потери на упругий Г. дают вклад во Внутреннее трение. В случае упругих деформаций, помимо гистерезисных, есть и др. потери, например обусловленные вязкостью (См. Вязкость магнитная). Величина этих потерь, в отличие от гистерезисных, зависит от частоты изменения σ (или и). Иногда понятие «упругий Г.» употребляется шире — говорят о динамической петле упругого Г., включающей все потери на данной частоте.

         Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Современное учение о магнетизме, М. — Л., 1952; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, М., 1969; Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960.

         А. П. Леванюк, Д. Г. Санников.

        

        Рис. 1. Петля магнитного гистерезиса для ферромагнетика: Н — напряжённость магнитного поля; М — магнитный момент образца; Нс — коэрцитивное поле; Mr — остаточный магнитный момент; Ms — магнитный момент насыщения. Пунктиром показана непредельная петля гистерезиса. Схематически приведена доме́нная структура образца для некоторых точек петли.

        Рис. 2. Влияние механической и термической обработки на форму петли магнитного гистерезиса пермалоя: 1 — после наклёпа; 2 — после отжига; 3 — кривая мягкого железа (для сравнения).

        Рис. 2. Влияние механической и термической обработки на форму петли магнитного гистерезиса пермалоя: 1 — после наклёпа; 2 — после отжига; 3 — кривая мягкого железа (для сравнения).

        Рис. 3. Петля диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрического поля.

        Рис. 3. Петля диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрического поля.

        Рис. 4. Петля гистерезиса обратного пьезоэлектрического эффекта в титанате бария: U — деформация: Е — напряжённость электрического поля.

        Рис. 4. Петля гистерезиса обратного пьезоэлектрического эффекта в титанате бария: U — деформация: Е — напряжённость электрического поля.

        Рис. 5. Двойная петля диэлектрического гистерезиса.

        Рис. 5. Двойная петля диэлектрического гистерезиса.

        Рис. 6. Петля упругого гистерезиса: σ — механическое напряжение; u — деформация.

        Рис. 6. Петля упругого гистерезиса: σ — механическое напряжение; u — деформация.

ГИСТЕРЕЗИС • Большая российская энциклопедия

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 7. Москва, 2007, стр. 186-187

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: Б. Н. Филиппов, Б. А. Струков, В. Н. Кузнецов

ГИСТЕРЕ́ЗИС (от греч. ὑστέρησις – от­ста­ва­ние, за­паз­ды­ва­ние), за­паз­ды­ва­ние из­ме­не­ния фи­зич. ве­ли­чи­ны, ха­рак­те­ри­зую­щей со­стоя­ние ве­ще­ст­ва, от из­ме­не­ния др. фи­зич. ве­ли­чи­ны, оп­ре­де­ляю­щей внеш­ние ус­ло­вия. Г. име­ет ме­сто в тех слу­ча­ях, ко­гда со­стоя­ние те­ла в дан­ный мо­мент вре­ме­ни оп­ре­де­ля­ет­ся внеш­ни­ми ус­ло­вия­ми не толь­ко в тот же, но и в пред­ше­ст­вую­щие мо­мен­ты вре­ме­ни. В ре­зуль­та­те для цик­лич. про­цес­са (рост и умень­ше­ние внеш­не­го воз­дей­ст­вия) по­лу­ча­ет­ся пет­ле­об­раз­ная (не­од­но­знач­ная) диа­грам­ма, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся пет­лёй ги­стере­зи­са. Воз­ни­ка­ет Г. в разл. ве­ще­ст­вах и при раз­ных фи­зич. про­цес­сах. Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ют маг­нит­ный, сег­не­то­элек­три­че­ский и уп­ру­гий гис­те­ре­зис.

Маг­нит­ный Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость на­маг­ни­чен­но­сти $\boldsymbol M$ маг­ни­то­упо­ря­до­чен­но­го ве­ще­ст­ва (маг­не­ти­ка, напр., фер­ро- или фер­ри­маг­не­ти­ка) от внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля $\boldsymbol H$ при его цик­лич. из­ме­не­нии (уве­ли­че­нии и умень­ше­нии). При­чи­ной су­ще­ст­во­ва­ния маг­нит­но­го Г. яв­ля­ет­ся на­ли­чие в оп­ре­де­лён­ном ин­тер­ва­ле из­ме­не­ния $\boldsymbol H$ сре­ди со­стоя­ний маг­не­ти­ка, от­ве­чаю­щих ми­ни­му­му тер­мо­ди­на­мич. по­тен­циа­ла, ме­та­ста­биль­ных со­стоя­ний (на­ря­ду со ста­биль­ны­ми) и не­об­ра­ти­мых пе­ре­хо­дов ме­ж­ду ни­ми. Маг­нит­ный Г. мож­но так­же рас­смат­ри­вать как про­яв­ле­ние маг­нит­ных ори­ен­та­ци­он­ных фа­зо­вых пе­ре­хо­дов 1-го ро­да, для ко­то­рых пря­мой и об­рат­ный пе­ре­хо­ды ме­ж­ду фа­за­ми в за­ви­си­мо­сти от $\boldsymbol H$ про­ис­хо­дят, в си­лу ука­зан­ной ме­та­ста­биль­но­сти со­стоя­ний, при разл. зна­че­ни­ях $\boldsymbol H$.

image description

Рис. 1. Петли магнитного гистерезиса:1 – максимальная, 2 – частная; а – кривая намагничивания, б и в – кривые перемагничивания; МR – остаточная намагниченность, Нс – коэрцитивная сила, Ms – намагничен…

На рис. 1 схе­ма­ти­че­ски по­ка­за­на ти­пич­ная за­ви­си­мость $M$ от $H$ в фер­ро­маг­не­ти­ке; из со­стоя­ния $M=0$ при $H=0$ с уве­ли­че­ни­ем $H$ зна­че­ние $M$ рас­тёт (осн. кри­вая на­маг­ни­чи­ва­ния, $\it а$) и в дос­та­точ­но силь­ном по­ле $H⩾H_{\text m}$ $M$ ста­но­вит­ся прак­ти­че­ски по­сто­ян­ной и рав­ной на­маг­ни­чен­но­сти на­сы­ще­ния $M_{\text s}$. При умень­ше­нии $H$ от зна­че­ния $H_{\text m}$ на­маг­ни­чен­ность из­ме­ня­ет­ся вдоль вет­ви $\it б$ и при $H=0$ при­ни­ма­ет зна­че­ние $M=M_{\text R}$ (ос­та­точ­ная на­маг­ни­чен­ность). Для раз­маг­ни­чи­ва­ния ве­ще­ст­ва ($M=0$) не­об­хо­ди­мо при­ло­жить об­рат­ное по­ле $H= –H_{\text c}$, на­зы­вае­мое ко­эр­ци­тив­ной си­лой. Да­лее при $H=–H_{\text m}$ об­ра­зец на­маг­ни­чи­ва­ет­ся до на­сы­ще­ния ($M=–M_{\text s}$) в об­рат­ном на­прав­ле­нии. При из­ме­не­нии $H$ от $–H_{\text m}$ до $+H_{\text m}$ на­маг­ни­чен­ность из­ме­ня­ет­ся вдоль кри­вой $\it в$. Вет­ви $\it б$ и $\it в$, по­лу­чаю­щие­ся при из­ме­не­нии $H$ от $+H_{\text m}$ до $–H_{\text m}$ и об­рат­но, об­ра­зу­ют замк­ну­тую кри­вую, на­зы­вае­мую мак­си­маль­ной (или пре­дель­ной) пет­лёй Г. Вет­ви $\it б$ и $\it в$ на­зы­ва­ют­ся, со­от­вет­ст­вен­но, нис­хо­дя­щей и вос­хо­дя­щей вет­вя­ми пет­ли Г. При из­ме­не­нии $H$ на от­рез­ке $[–H_1, H_1]$ с $H_1$ за­ви­си­мость $M(H)$ опи­сы­ва­ет­ся замк­ну­той кри­вой (ча­ст­ной пет­лёй Г.), це­ли­ком ле­жа­щей внут­ри макс. пет­ли ги­сте­ре­зи­са.

Опи­сан­ные пет­ли Г. ха­рак­тер­ны для дос­та­точ­но мед­лен­ных (ква­зи­ста­ти­че­ских) про­цес­сов пе­ре­маг­ни­чи­ва­ния. От­ста­ва­ние $M$ от $H$ при на­маг­ни­чи­ва­нии и раз­маг­ни­чи­ва­нии при­во­дит к то­му, что энер­гия, при­об­ре­тае­мая маг­не­ти­ком при на­маг­ни­чи­ва­нии, не пол­но­стью от­да­ёт­ся при paзмагничивании. Те­ряе­мая за один цикл энер­гия оп­ре­де­ля­ет­ся пло­ща­дью пет­ли Г. Эти по­те­ри энер­гии на­зы­ва­ют­ся гис­те­ре­зис­ны­ми. При ди­на­мич. пе­ре­маг­ни­чи­ва­нии об­раз­ца пе­ре­мен­ным маг­нит­ным по­лем $\boldsymbol H_{\sim}$ пет­ля Г. ока­зы­ва­ет­ся ши­ре ста­ти­че­ской вслед­ст­вие то­го, что к ква­зи­рав­но­вес­ным гис­те­ре­зис­ным по­те­рям до­бав­ля­ют­ся ди­на­ми­че­ские, ко­то­рые мо­гут быть свя­за­ны с вих­ре­вы­ми то­ка­ми (в про­вод­ни­ках) и ре­лак­са­ци­он­ны­ми яв­ле­ния­ми.

Фор­ма пет­ли Г. и наи­бо­лее важ­ные ха­рак­те­ри­сти­ки маг­нит­но­го Г. (гис­те­ре­зис­ные по­те­ри, $H_с$, $M_{\text R}$ и др.) за­ви­сят от хи­мич. со­ста­ва ве­ще­ст­ва, его струк­тур­но­го со­стоя­ния и темп-ры, от ха­рак­те­ра и рас­пре­де­ле­ния де­фек­тов в об­раз­це, а сле­до­ва­тель­но, от тех­но­ло­гии его пригoтовления и по­сле­дую­щих фи­зич. об­ра­бо­ток (те­п­ло­вой, ме­ха­нич., тер­мо­маг­нит­ной и др.). С маг­нит­ным Г. свя­за­но гис­те­ре­зис­ное по­ве­де­ние це­ло­го ря­да др. фи­зич. свойств, напр. Г. маг­ни­то­стрик­ции, Г. галь­ва­но­маг­нит­ных и маг­ни­то­оп­тич. яв­ле­ний и т. д.

Сег­не­то­элек­три­че­ский Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость ве­ли­чи­ны век­то­ра элек­трич. по­ля­ри­за­ции $\boldsymbol P$ сег­не­то­элек­три­ков от на­пря­жён­но­сти $\boldsymbol E$ внеш­не­го элек­трич. по­ля при цик­лич. из­ме­не­нии по­след­не­го. Сег­не­то­элек­три­ки об­ла­да­ют в оп­ре­де­лён­ном тем­пе­ра­тур­ном ин­тер­ва­ле спон­тан­ной (т. е. са­мо­про­из­воль­ной, воз­ни­каю­щей в от­сут­ст­вие внеш­не­го по­ля) по­ля­ри­за­ци­ей $\boldsymbol P_{сп}$. На­прав­ле­ние по­ля­ри­за­ции мо­жет быть из­ме­не­но элек­трич. по­лем, при этом зна­че­ние $\boldsymbol P$ при дан­ном $\boldsymbol E$ за­ви­сит от пре­дыс­то­рии, т. е. от то­го, ка­ким бы­ло элек­трич. по­ле в пред­ше­ст­вую­щие мо­мен­ты вре­ме­ни. Сег­не­то­элек­трич. Г. име­ет вид ха­рак­тер­ной пет­ли (пет­ля Г.), осн. па­ра­мет­ра­ми ко­то­рой яв­ля­ют­ся ос­та­точ­ная по­ля­ри­за­ция $\boldsymbol P_{ост}$ при $\boldsymbol E=0$ и ко­эр­ци­тив­ное по­ле $\boldsymbol E_к$, при ко­то­ром про­ис­хо­дит из­ме­не­ние на­прав­ле­ния (пере­клю­че­ние) век­то­ра $\boldsymbol P_{сп}$. Для со­вер­шен­ных мо­но­кри­стал­лов пет­ля Г. име­ет фор­му, близ­кую к пря­мо­уголь­ной, и $\boldsymbol P_{ост}=\boldsymbol P_{сп}$. В ре­аль­ных кри­стал­лах ос­та­точ­ная по­ля­ри­за­ция мень­ше спон­тан­ной из-за раз­биения кри­стал­ла на до­ме­ны.

Су­ще­ст­во­ва­ние сег­не­то­элек­трич. Г. сле­ду­ет из фе­но­ме­но­ло­гич. тео­рии сег­не­то­элек­трич. яв­ле­ний, в со­от­вет­ст­вии с ко­то­рой рав­но­вес­ным зна­че­ни­ям $\boldsymbol P_{сп}$ при лю­бой темп-ре ни­же темп-ры сег­не­то­элек­трич. фа­зо­во­го пе­ре­хо­да от­ве­ча­ют два сим­мет­рич­ных ми­ни­му­ма тер­мо­ди­на­мич. по­тен­циа­ла, раз­де­лён­ные по­тен­ци­аль­ным барь­е­ром. При $E=±E_к$ один из ми­ни­му­мов ис­че­за­ет, и кри­сталл ока­зы­ва­ет­ся в со­стоя­нии с оп­ре­де­лён­ным на­прав­ле­ни­ем век­то­ра $\boldsymbol P_{сп}$. При цик­лич. пе­ре­клю­че­нии спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции пло­щадь пет­ли Г. оп­ре­де­ля­ет гис­те­ре­зис­ные по­те­ри – ко­ли­че­ст­во энер­гии элек­трич. по­ля, пе­ре­хо­дя­щей в те­п­ло­ту. Ве­ли­чи­на ко­эр­ци­тив­но­го по­ля свя­за­на так­же с про­цес­са­ми за­ро­ж­де­ния и эво­лю­ции в элек­трич. по­ле сег­не­то­элек­трич. до­ме­нов – об­лас­тей кри­стал­ла с вы­де­лен­ным элек­трич. по­лем на­прав­ле­ни­ем век­то­ра спон­тан­ной по­ля­ри­за­ции.

image description

Рис. 2. Петля упругого гистерезиса.

Уп­ру­гий Г. – не­од­но­знач­ная за­ви­си­мость ме­ха­нического на­пря­же­ния от де­фор­ма­ции уп­ру­го­го те­ла при цик­лич. при­ло­же­нии и сня­тии на­груз­ки. Гра­фик за­ви­си­мо­сти на­пря­же­ния $σ$ от де­фор­мации $ε$ от­ли­ча­ет­ся от от­рез­ка пря­мой ли­нии, со­от­вет­ст­вую­щей за­ко­ну Гу­ка, и пред­став­ля­ет со­бой пет­лю Г. (рис. 2). Пло­щадь этой пет­ли про­пор­цио­наль­на ме­ха­нической энер­гии, ко­то­рая рас­сея­лась (пре­вра­ти­лась в те­п­ло­ту) во вре­мя цик­ла.

По­яв­ле­ние уп­ру­го­го Г. в ме­тал­лах свя­за­но с тем, что в не­ко­то­рых зёр­нах по­ли­кри­стал­ла мик­ро­на­пря­же­ния су­ще­ст­вен­но пре­вы­ша­ют ср. на­пря­же­ния в об­раз­це, что при­во­дит к по­яв­ле­нию пла­стич. де­фор­ма­ций и тем са­мым к рас­сея­нию ме­ха­нич. энер­гии. В не­ко­то­рых слу­ча­ях вклад в уп­ру­гий Г. да­ют элек­тро­маг­нит­ные яв­ле­ния.

Уп­ру­гий Г. как про­яв­ле­ние от­ли­чия ре­аль­но­го уп­ру­го­го те­ла от иде­аль­но уп­ру­го­го на­блю­да­ет­ся у всех твёр­дых тел, да­же при весь­ма низ­ких темп-рах. Уп­ру­гий Г. яв­ля­ет­ся при­чи­ной за­ту­ха­ния сво­бод­ных ко­ле­ба­ний уп­ру­гих тел, за­ту­ха­ния в них зву­ка, умень­ше­ния ко­эф. вос­ста­нов­ле­ния при не­уп­ру­гом уда­ре и др. В об­щем слу­чае от­кло­не­ние уп­ру­го­сти от иде­аль­ной вклю­ча­ет­ся в по­ня­тие внут­рен­не­го тре­ния.

Гистерезис — это… Что такое Гистерезис?

Рис. 1. Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.

В физике

Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения M. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия различного происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц и анизотропия упругих напряжений). Благодаря анизотропии, M как-будто удерживается некоторым внутренним полем (эффективным полем магнитной анизотропии) вдоль одной из осей лёгкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Магнитный гистерезис возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений М в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным ). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении H. Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила . Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации P сегнетоэлектриков от внешнего электрического поля E при его циклическом изменении. Сегнетоэлектрические кристаллы обладают в определенном температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, то есть возникающей в отсутствие внешнего электрического поля) электрической поляризацией Pc. Направление поляризации может быть изменено электрическим полем. При этом зависимость P(E) в полярной фазе неоднозначна, значение P при данном E зависит от предыстории, то есть от того, каким было электрическое поле в предшествующие моменты времени. Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:

  • остаточная поляризация кристалла Pост, при E = 0
  • значение поля EKt(коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация

Упругий гистерезис

В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.

Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.

Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости. Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая со временем исчезает не полностью. Как при неупругом, так и вязкоупругом поведении величина  — энергия упругой деформации — не зависит от амплитуды деформации и меняется с частотой изменения нагрузки. Также динамический гистерезис возникает в результате термоупругости, магнитоупругих явлений и изменения положения точечных дефектов и растворённых атомов в кристаллической решётке тела под влиянием приложенных напряжений.

В электронике и электротехнике

\Delta U

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.

В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляют порядка 10-100 ppm[1].

В биологии

Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.

В почвоведении

Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.

В гидрологии

Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.

В экономике

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нем. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике. Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводить к гистерезису. Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется ее текущей динамикой или ее начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

В социологии

Проблемы с содержанием статьи Проверить информацию.

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.
На странице обсуждения должны быть пояснения.

Question book-4.svg В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.

В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства.[2]

Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта—носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.

Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что «точка отсчета» времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и ее текущего состояния.

Литература по теме

В философии

Жиль Делёз использует понятие гистерезиса при характеристике монадологии Лейбница.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. Создание математической теории гистерезиса относится к 60-м годам XX-го века[источник не указан 652 дня], когда в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, «гистерезисной» тематики. Позднее, в 1983 году появилась монография [3], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве. Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе [4] (замена в данной модели гармонических функций на прямоугольные, треугольные или трапецеидальные импульсы позволяет также получить кусочно-линейные петли гистерезисы, которые часто встречаются в дискретной автоматике, см. пример на Рис. 2).

Литература

В. А. Костицын, «Опыт математической теории гистерезиса», Матем. сб., 32:1 (1924), 192—202.

Примечания

Магнитный гистерезис — это… Что такое Магнитный гистерезис?

Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — «отстающий») — свойство систем (обычно физических), которые не сразу следуют приложенным силам. Реакция этих систем зависит от сил, действовавших ранее, то есть системы зависят от собственной истории.

В физике

Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения M. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия различного происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц и анизотропия упругих напряжений). Благодаря анизотропии, M как бы удерживается некоторым внутренним полем HA (эффективным полем магнитной анизотропии) вдоль одной из осей лёгкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Магнитный гистерезис возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений М в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным HA). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении H, Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила H_c \approx H_A . Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на Hc он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом Hc может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации P сегнетоэлектриков от внешнего электрического поля E при его циклическом изменении. Сегнетоэлектрические кристаллы обладают в определенном температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, то есть возникающей в отсутствие внешнего электрического поля) электрической поляризацией Pc. Направление поляризации может быть изменено электрическим полем. При этом зависимость P(E) в полярной фазе неоднозначна, значение P при данном E зависит от предистории, то есть от того, каким было электрическое поле в предшествующие моменты времени. Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:

  • остаточная поляризация кристалла Pост, при E = 0
  • значение поля EKt(коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация

Упругий гистерезис

В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.

Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.

Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости. Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая полностью со временем не исчезает. Как при неупругом, так и вязкоупругом поведении величина ΔU — энергия упругой деформации не зависит от амплитуды деформации и меняется с частотой изменения нагрузки. Также динамический гистерезис возникает в результате термоупругости, магнитоупругих явлений и изменения положения точечных дефектов и растворённых атомов в кристаллической решётке тела под влиянием приложенных напряжений.

В биологии

Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.

В почвоведении

Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.

В гидрологии

Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.

В экономике

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нем. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике. Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводит к гистерезису. Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется, ее текущей динамикой или ее начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. Создание математической теории гистерезиса относится к 60-м годам XX-го века, когда в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, «гистерезисной» тематики. Позднее, в 1983 году появилась монография [1], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определенные на достаточно богатом функциональном пространстве(напр. пространстве непрерывных функций), действующие в некоторое функциональное пространство.

Свойства

Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе[2]. Замена гармонических функций на прямоугольные, треугольные или трапецеидальные импульсы позволяет получить кусочно-линейные петли гистерезиса, часто встречающиеся в дискретной автоматике.

Литература

  1. М.А. Красносельский,А.В.Покровский. Системы с гистерезисом М., Наука, 1983. 271 стр.
  2. R. V. Lapshin, “Analytical model for the approximation of hysteresis loop and its application to the scanning tunneling microscope”, Review of Scientific Instruments, volume 66, number 9, pages 4718-4730, 1995.(англ.)

См. также

Обменное смещение — как особенность петель гистерезиса.

Wikimedia Foundation. 2010.

Петля гистерезиса — это… Что такое Петля гистерезиса?


Петля гистерезиса

Петля гистерезиса:

Категория:
  • Многозначные термины

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Петляков
  • Петляков, Владимир

Смотреть что такое «Петля гистерезиса» в других словарях:

  • петля гистерезиса — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN hysteresis loop …   Справочник технического переводчика

  • петля гистерезиса — цикл магнитного гистерезиса; цикл гистерезиса; петля магнитного гистерезиса; петля гистерезиса Замкнутая кривая, выражающая зависимость магнитной индукции или намагниченности ферромагнетика от напряженности магнитного поля при медленном… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • ПЕТЛЯ ГИСТЕРЕЗИСА — (от греческого hysteresis запаздывание) кривые, показывающие зависимость намагничивания (магнитной индукции) материала от напряженности поля при последующих намагничивании и размагничивании (рис. П 10). Рис. П 10. Петля гистерезиса: М… …   Металлургический словарь

  • петля гистерезиса — histerezės kilpa statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hysteresis loop vok. Hysteresekurve, f; Hystereseschleife, f rus. петля гистерезиса, f pranc. boucle d hystérésis, f …   Automatikos terminų žodynas

  • петля гистерезиса — histerezės kilpa statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. hysteresis loop vok. Hysteresisschleife, f rus. петля гистерезиса, f pranc. boucle d’hystérésis, f …   Fizikos terminų žodynas

  • симметричная петля гистерезиса — Петля магнитного гистерезиса, получаемая при изменениях напряженности магнитного поля между равными по абсолютной величине максимальным и минимальным значениями. симметричный цикл гистерезиса; симметричная петля гистерезиса Цикл гистерезиса,… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • частная петля гистерезиса — непредельный цикл гистерезиса; частный цикл гистерезиса; частная петля гистерезиса Цикл гистерезиса магнитного материала, получаемый при значениях напряженности поля, меньших, чем в случае предельного цикла …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • предельная петля гистерезиса — предельный цикл гистерезиса; предельная петля гистерезиса Наибольший по площади цикл гистерезиса магнитного материала …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • динамическая петля гистерезиса — динамический цикл гистерезиса; динамическая петля гистерезиса Замкнутая кривая, выражающая зависимость магнитной индукции материала от напряженности переменного магнитного поля …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • предельная петля гистерезиса — ribinė histerezės kilpa statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. limiting hysteresis loop; limiting magnetization cycle; major cycling hysteresis; major hysteresis loop vok. Grenzhystereseschleife, f; Hysteresegrenzschleife, f rus.… …   Automatikos terminų žodynas

Книги

  • Звезда Хаоса, Эрикссон Э.. В книгу вошли стихи…… Он был — тот Ангел, с неба падшая звезда,. Что бросил вызов Демиургу. И расплатой,. Мать кибер-дроидов из лунного гнезда,. Замкнула Ка его — в сплин будней… Подробнее  Купить за 1500 руб

ГИСТЕРЕЗИС — это… Что такое ГИСТЕРЕЗИС?


        (от греч. hysteresis — отставание, запаздывание), явление, к-рое состоит в том, что физ. величина, характеризующая состояние тела (напр., намагниченность), неоднозначно зависит от физ. величины, характеризующей внеш. условия (напр., магн. поля). Г. наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внеш. условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т. к. для изменения состояния тела всегда требуется определ. время (время релаксации) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внеш. условия. Однако для нек-рых процессов отставание при замедлении изменения внеш. условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин наз. гистерезисной, а само явление — Г. Наблюдается Г. в разл. в-вах и при разных физ. процессах. Наибольший интерес представляют магн. Г., сегнетоэлектрич. Г. и упругий Г. ГИСТЕРЕЗИС1. Рис. 1. Кривые намагничивания и размагничивания ферромагнетика при наличии магн. гистерезиса: Н — напряжённость внеш. магн. поля; М — намагниченность образца; Нc — коэрцитивное поле; Мr — остаточная намагниченность; Ms — намагниченность насыщения. Пунктиром показана непредельная петля гистерезиса. Схематически приведена доменная структура образца для нек-рых точек петли. Для ед. объёма Ms=Js. Магнитный Г. наблюдается в магнитоупорядоченных в-вах, напр. в ферромагнетиках. Обычно ферромагнетик разбит на домены — области однородной самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, у к-рых намагниченность Js (магн. момент Ms ед. объёма) одинакова, но направления вектора JS различны. Под действием внеш. магн. поля число и размеры : доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счёт др. доменов. Кроме того, векторы Js отд. доменов могут поворачиваться по полю (см. НАМАГНИЧИВАНИЕ). На рис. 1 изображены кривые намагничивания и размагничивания ферромагн. образца при наличии Г. (петля Г.). В достаточно сильном магн. поле образец намагничивается до насыщения (точка А). При этом образец состоит из одного домена с намагниченностью насыщения Ms, направленной по полю. При уменьшении напряжённости внеш. магн. поля Н значение М будет уменьшаться по кривой I преим. за счёт возникновения и роста доменов с магн. моментом, направленным против поля. Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение происходит скачками из-за наличия в образце разл. дефектов (примесей, неоднородностей и т. п.), на к-рых доменные стенки задерживаются; требуется заметно увеличить магн. ноле для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении Н до нуля у образца сохраняется т. н. остаточная намагниченность Мr (точка В). Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, наз. коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) Нс (точка С). При дальнейшем увеличении магн. поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничпвание образца (D ®А) происходит по кривой //. Т. о., при циклич. изменении поля кривая, характеризующая изменение намагниченности образца, образует петлю магн. Г. Бели поле H циклически изменять в таких пределах, что насыщение не достигается, то получается непредельная петля магн. Г. (кривая III). Уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

Вид и размеры петли магн. Г., значение Нс для разл. ферромагнетиков могут меняться в широких пределах. Напр., в чистом железе Hc=1Э, в сплаве магнико Hc=580 Э. На форму петли магн. Г. сильно влияет обработка материала, при к-рой изменяется число дефектов (рис. 2).

Площадь петли магн. Г. пропорц. энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии наз. гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г. нежелательны (напр., в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрич. машин), применяют магнитно-мягкие материалы, обладающие малыми значениями Hс и площади петли Г. Для изготовления магнитов постоянных применяют жёсткие магн. материалы с большой коэрцитивной силой.

С ростом частоты перем. магн. поля (числа циклов перемагничивания в ед. времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью.

ГИСТЕРЕЗИС2.

Рис. 2. Влияние механич. и термич. обработки на форму петли магн. гистерезиса железоникелевого сплава (пермаллоя): 1 — после наклёпа; 2 — после отжига: 3 — кривая магнитно-мягкого железа (для сравнения).

Соотв. площадь петли Г. при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда наз. динамической, в отличие от описанной выше статич. петли.

От намагниченности зависят многие др. св-ва ферромагнетика, напр. электрич. сопротивление, механич. деформации. Изменение намагниченности вызывает изменение этих св-в. Соотв. наблюдается, напр., гальваномагнитный Г., магнитострикционный Г. Сегнетоэлектрический Г.— неоднозначная зависимость электрич. поляризации Р сегнетоэлектрика от электрич. поля Е (рис. 3). При включении поля 23 и последующем его возрастании возникшая поляризация сначала резко увеличивается, а затем достигает насыщения Ps. С убыванием поля Е поляризация уменьшается медленнее, чем по осн. кривой Оа. При E=0 значение Р?0, оно наз. остаточной поляризацией PR. Для того чтобы уменьшить поляризацию до нуля, надо приложить электрич. поле Ec противоположного направления, его наз. к о э р ц и т и в н ы м. При дальнейшем увеличении обратного поля вновь достигается состояние насыщения Ps. При полном цикле изменения поля Е от точки а до точки b и обратно к а изменения Р графически характеризуются замкнутой кривой, наз. сегнетоэлектрической петлёй Г. ГИСТЕРЕЗИС3.

Рис. 3. Петля диэлектрич. гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрич. поля.

Поскольку с поляризацией связаны др. хар-ки сегнетоэлектриков, напр. деформация, то с сегнетоэлектрич. Г. связаны др. виды Г., напр. пьезоэлектрич. Г., Г. электрооптич. эффектов. Гистерезисные потери составляют б. ч. диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках. ГИСТЕРЕЗИС4. Рис. 4. Петля упругого гистерезиса: по оси абсцисс — деформация, по оси ординат — напряжение.

Упругий Г.— отставание во времени развития деформаций упругого тела от напряжений; явл. одним из проявлений внутреннего трения в твёрдых телах. При циклич. повторении нагрузки и разгрузки тела диаграмма, изображающая напряжение s в ф-ции от деформации e, даёт петлю упругого Г. (рис. 4), площадь к-рой DU пропорц. доле энергии упругости, перешедшей в теплоту. Для оценки упругого Г. часто пользуются относит. величиной y=DU/U, где U — энергия упругой деформации (заштрихованная область на рис. 4).

Причина упругого Г. заключается в появлении в отдельных более слабых зёрнах кристалла местных пластич. деформаций, создающих в окружающей среде остаточные напряжения; эти последние при изменении нагружения тела производят местную пластич. деформацию обратного знака; в обоих случаях энергия расходуется на необратимые процессы. Кроме того, экспериментально установлена связь упругого Г. с магн. полями и магн. Г. (у ферромагн. тел), с магнитострикционным Г., межкристаллитными включениями, составом сплавов, термо- и технол. обработкой и с рядом др. факторов. Явление упругого Г. как упругого несовершенства свойственно всем телам и отмечалось даже при темп-pax, близких к абс. нулю. Оно явл. причиной затухания свободных колебаний самих упругих тел, затухания в них звука, уменьшения коэфф. восстановления при неупругом ударе и обусловливает необходимость затраты внеш. энергии для поддержания вынужденных колебаний.

Для объяснения природы упругого Г. привлекаются теория релаксации, теория дислокаций и др.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.