Что такое гистерезис простыми словами. Как проявляется явление гистерезиса в различных физических системах. Какие существуют виды гистерезиса и где они применяются. Почему возникает петля гистерезиса.
Что такое гистерезис и как он проявляется
Гистерезис — это явление, при котором физическая система неоднозначно реагирует на изменение внешних условий в зависимости от своего предыдущего состояния. Проще говоря, это запаздывание реакции системы на внешнее воздействие.
Гистерезис можно наблюдать во многих физических системах:
- В магнитных материалах — намагниченность отстает от изменения внешнего магнитного поля
- В диэлектриках — поляризация отстает от изменения электрического поля
- В механических системах — деформация отстает от приложенного напряжения
- В термодинамических процессах — температура отстает от подводимого тепла
Ключевая особенность гистерезиса заключается в том, что состояние системы зависит не только от текущих условий, но и от ее предыстории. Это приводит к образованию характерной петли гистерезиса на графике зависимости выходного параметра от входного.
Виды гистерезиса и их проявление в различных системах
Выделяют несколько основных видов гистерезиса:
Магнитный гистерезис
Наблюдается в ферромагнитных материалах при изменении внешнего магнитного поля. Проявляется в отставании изменения намагниченности от изменения напряженности поля.
Диэлектрический гистерезис
Характерен для сегнетоэлектриков. Поляризация диэлектрика отстает от изменения напряженности электрического поля.
Упругий гистерезис
Возникает при механических деформациях твердых тел. Деформация материала отстает от приложенного напряжения.
Тепловой гистерезис
Наблюдается в термодинамических процессах. Температура системы отстает от подводимого или отводимого тепла.
Петля гистерезиса и ее характеристики
Петля гистерезиса — это замкнутая кривая, описывающая поведение системы при циклическом изменении внешнего воздействия. Она наглядно показывает неоднозначность реакции системы.
Основные характеристики петли гистерезиса:
- Ширина петли — характеризует величину гистерезиса
- Остаточная намагниченность/поляризация — значение при нулевом внешнем поле
- Коэрцитивная сила — поле, необходимое для размагничивания/деполяризации
- Площадь петли — пропорциональна энергетическим потерям за цикл
Форма и параметры петли гистерезиса зависят от свойств материала и условий воздействия.
Причины возникновения гистерезиса
Гистерезис возникает вследствие особенностей внутренней структуры и динамики физических систем. Основные причины его появления:
- Доменная структура ферромагнетиков и сегнетоэлектриков
- Необратимые процессы при перемагничивании/переполяризации
- Внутреннее трение в деформируемых материалах
- Наличие метастабильных состояний
В каждом конкретном случае механизм гистерезиса имеет свою специфику, но общим является запаздывание реакции системы на внешнее воздействие.
Применение явления гистерезиса в технике
Несмотря на то, что гистерезис часто рассматривается как нежелательное явление, он находит широкое применение в различных областях техники:
- Запоминающие устройства на основе магнитных и сегнетоэлектрических материалов
- Гистерезисные двигатели и муфты
- Устройства защиты от помех и стабилизации в электронике
- Демпферы и амортизаторы в механических системах
- Термостаты и терморегуляторы
Использование гистерезиса позволяет создавать системы с нелинейными характеристиками и эффектом памяти, что открывает новые возможности в технике и технологиях.
Методы исследования и измерения гистерезиса
Для изучения гистерезисных явлений применяются различные экспериментальные и теоретические методы:- Осциллографические методы для визуализации петли гистерезиса
- Вибрационная магнитометрия для исследования магнитного гистерезиса
- Диэлектрические измерения для анализа поляризационного гистерезиса
- Механические испытания для изучения упругого гистерезиса
- Калориметрические методы для исследования теплового гистерезиса
Теоретическое описание гистерезиса основано на феноменологических моделях и микроскопических теориях, учитывающих особенности конкретных физических систем.
Влияние гистерезиса на характеристики и эффективность систем
Гистерезис оказывает существенное влияние на поведение и характеристики физических систем:
- Приводит к потерям энергии при циклических процессах
- Вызывает нелинейность и неоднозначность характеристик
- Создает эффект памяти в системах
- Может вызывать нестабильность и снижение точности в измерительных приборах
- Ограничивает быстродействие в системах управления
В то же время, гистерезис может быть полезен в некоторых приложениях, например, для создания систем с памятью или для демпфирования колебаний.
Понимание природы гистерезиса и умение управлять его проявлениями позволяет оптимизировать работу различных технических устройств и систем.
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.
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 электроникеИз 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.
Похожие темы:
- Магнитное поле. Источники и свойства. Правила и применение
- Индуктивность. Виды катушек и контур. Работа и особенности
- Неодимовые магниты. Устройство и применение. Виды
- Электромагнитные волны. Опыты Герца. Излучения
- Электрическое поле. Виды и работа. Характеристики и свойства
- Сверхпроводящие магниты. Устройство и работа. Применение
Гистерезис
Содержание статьи
1. Что такое диэлектрический гистерезис
2.
Петля гистерезиса
Что такое диэлектрический гистерезис
Определение
У сегнетоэлектриков можно наблюдать диэлектрический гистерезис — неоднозначную зависимость поляризованности ($\overrightarrow{P}$) от напряженности внешнего поля ($\overrightarrow{E}$) при его циклическом изменении.
Так как сегнетоэлектрик обладает доменной структурой, дипольный момент кристалла сегнетоэлектрика в отсутствии диэлектрика равен нулю, вследствие взаимной компенсации дипольных моментов отдельных доменов. В целом, получается, что домен не поляризован. При наложении поля происходит частичное изменение ориентации доменов и увеличение одних доменов, уменьшение других. Это приводит к возникновению в кристалле поляризации ($\overrightarrow{P}$). Зависимость поляризации от напряженности поля представляет рис.1.
Рис. 1
Сначала рост поляризации идет вдоль кривой ОА. В точке $А$ векторы поляризации всех доменов оказываются ориентированными параллельно полю $\overrightarrow{E}$.
Начиная с этой точки рост поляризации идет за счет индуцированной поляризации $\overrightarrow{P_i}\sim \overrightarrow{E}$, линия ОА переходит в участок AD (прямолинейный). При продолжении этого участка до пересечения с осью ординат, он отсечет на ней отрезок, его длина равна спонтанной поляризации $P_S$.
При уменьшении напряженности электрического поля, уменьшение поляризации пойдет не по той же кривой в обратную сторону, а по новой кривой $DAB’A’D’$, которая расположена выше. Это и есть диэлектрический гистерезис сегнетоэлектрика. Процесс изменение ориентации и увеличение доменов в электрическом поле задерживается. Получается, что $\overrightarrow{P}$ не однозначно определен полем $\overrightarrow{E}$, а зависит от «истории» сегнетоэлектрика. Если изменять поле в обратном порядке, то зависимость поляризации от напряженности будет изображена нижней кривой $D’A’BAD$, симметричной с кривой $D’A’B’AD$ относительно начала координат О. Так, получается замкнутая кривая $AB’A’BA$, которая носит название диэлектрической петли гистерезиса.
\[\overrightarrow{D}={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}\left(1\right).\ \]
Петля гистерезиса для индукции отличается только масштабом от кривых $P=P(E)$, так как в сегнетоэлектриках $E\ll D$, то первым слагаемым в (1) можно пренебречь.
Стрелки на кривой (рис.1) показывают направление движения точки по кривой при изменении напряженности поля. Отрезок ОС характеризует остаточную поляризованность, то есть ту, которую образец сегнетоэлектрика имеет тогда, когда напряженность поля обратилась в ноль. Отрезок $OB’$ характеризует напряженность, имеющую противоположное поляризованности направление, при котором данный сегнетоэлектрик полностью теряет свою поляризацию. Чем больше величина отрезка ОС, тем значительнее остаточная поляризация сегнетоэлектрика. Чем больше размер $OB’$, тем лучше остаточная поляризация удерживается сегнетоэлектриком.
Петля гистерезиса
Петлю гистерезиса легко получить на экране осциллографа. С этой целью соединяют последовательно два конденсатора, пространство между обкладками одного из них заполнено сегнетоэлектриком (его емкость назовем $C_s$). Для питания используют переменный ток от генератора. Так как конденсаторы соединены последовательно, то заряды на их обкладках равны и одинаковы индукции:
\[D_0=D\ \left(2\right),\]
где $D_0$ — индукция поля в конденсаторе с обычным диэлектриком, $D$ — индукция поля в конденсаторе с сегнетоэлектриком. Так как для обычного конденсатора диэлектрическая проницаемость постоянна, то напряжение на обычном конденсаторе пропорционально индукции. Если подать на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа напряжение с конденсатора с сегнетоэлектриком, а на вертикально отклоняющие пластины — с обычного конденсатора, то на экране осциллографа будет воспроизведена петля гистерезиса.
Пример 1
Задание: Объясните, почему говорят, что явление гистерезиса позволяет иллюстрировать роль доменов в поляризации сегнетоэлектрика?
Решение:
Существование доменов в сегнетоэлектрике обуславливает его нелинейные свойства.
В первую очередь это нелинейная зависимость поляризации ($\overrightarrow{P}$) от напряженности внешнего поля ($\overrightarrow{E}$):
\[\overrightarrow{P}={\varkappa \left(\overrightarrow{E}\right)\varepsilon }_0\overrightarrow{E}\left(1.1\right),\]
где $\varkappa \left(\overrightarrow{E}\right)$ — диэлектрическая восприимчивость зависит от напряженности внешнего поля. Именно нелинейная зависимость поляризации от внешнего поля приводит в электрических полях к гистерезису.
Рассмотрим подробнее рис. 1. В небольших полях (отрезок $OA_1$) поляризация еще линейно зависит от напряженности, домены к поляризации еще не подключились. На участке $A_1A$ идет интенсивный рост поляризации при увеличении напряженности поля, что связано с нелинейным процессом переориентации доменов вдоль направления внешнего поля. В точке А все домены ориентированы по полю. Дальнейшее возрастание поляризации при росте напряженности внешнего поля идет линейно и оно не связано с доменной структурой.
Пример 2
Задание: Объясните, почему явление гистерезиса можно наблюдать в ходе опыта, который проводят, используя схему с осциллографом, которая представлена на рис.2. Между обкладками одного плоского конденсатора сегнетоэлектрик, его емкость $C_S$. Пространство между обкладками второго конденсатора (С) заполнено обычным диэлектриком. Питается схема от генератора, который создает гармонически изменяющуюся разность потенциалов на обкладках конденсаторов.
Площади обкладок конденсаторов равны, расстояния между обкладками конденсаторов, также равны.
Рис. 2
Решение:
Разность потенциалов распределяется между конденсатором, который содержит сегнетоэлектрик ($С_S$) и воздушным конденсатором $C$. Площади обкладок конденсаторов равны, расстояния между обкладками равно $d$. В таком случае напряженности полей в конденсаторах равны:
\[E=\frac{\sigma }{{\varepsilon }_1{\varepsilon }_0}\left(2.1\right)\ и\] \[E_S=\frac{{\sigma }_S}{{{\varepsilon }_S\varepsilon }_0}\left(2.2\right),\]
где $\sigma ,\ {\sigma }_S$- поверхностные плотности распределения зарядов на обкладках конденсаторов, ${\varepsilon }_1$- диэлектрическая проницаемость обычного диэлектрика, ${\varepsilon }_S$ — диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика.
Мы знаем, что у последовательно соединенных конденсаторов заряды на обкладках будут равны, а так как у этих конденсаторов одинаковы их геометрические параметры, то можно записать, что:
\[\sigma =\ {\sigma }_S\left(2.
3\right).\]
Следовательно, разности потенциалов между обкладками:
\[U=Ed=\frac{\sigma d}{{{\varepsilon }_1\varepsilon }_0}\left(2.4\right)\ и\ \] \[U_S=E_Sd=\frac{\sigma d}{{\varepsilon }_S{\varepsilon }_0}\left(2.5\right).\]
Найдем отношение $\frac{U_S}{U}$, получим:
\[\frac{U_S}{U}=\frac{уd}{\varepsilon_S \varepsilon_0}:\frac{уd}{{\varepsilon_1 \varepsilon}_0}=\frac{\varepsilon_1}{\varepsilon_S}\ \left(2.6\right).\]
Если напряжение U подать на горизонтальную развертку осциллографа, а $U_S$ — на вертикальную, то можно записать, что:
\[tg\varphi =\frac{U_S}{U}=\frac{{\varepsilon }_1{\varepsilon }_0E}{{\varepsilon }_S{\varepsilon }_0E}\left(2.7\right).\]
Рис. 3
Таким образом, при изменении напряженности $(E)$, на экране осциллографа будет прочерчена кривая, абсцисса точек которой в определенном масштабе ${\varepsilon }_SE$, а ордината ${\varepsilon }_0{\varepsilon }_1E=D$ в том же масштабе.
Получается, что на экране осциллографа вычерчивается кривая гистерезиса.
Сообщество экспертов Автор24
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 09.12.2021
Journal of the RAS
Artificial Societies
artsoc.jes.su
Электронный научно-образовательный журнал «Искусственные общества», выступая аналогом англоязычного журнала Journal of Artificial Societies and Social Simulation (JASSS), является наиболее удобной платформой для публикации работ не только на тему искусственных обществ, но и научных статей более широкого профиля.
Show more
Asia and Africa Today
asaf-today.ru
Публикует научные статьи о политических, экономических и социальных процессах, происходящих в азиатских и африканских государствах, об их культуре, искусстве и литературе.
Show more
Avtomatika i Telemekhanika
Show more
Chelovek
chelovek-journal.
ru
Журнал «Человек» – научное издание, публикующее результаты изучения человека в социально-гуманитарных и естественных науках в тесной связи с осмыслением человека в философии, изначально стремящейся ответить на вопрос «Что есть человек?». Журнал открыт различным интеллектуальным традициям и теоретическим платформам. Особенно приветствуются работы, развивающие комплексные исследования человека на стыке наук. Статьи журнала адресованы междисциплинарному читательскому сообществу. Наряду с исследовательскими статьями журнал публикует аналитические обзоры дискуссий и научных конференций, полемические эссе, рецензии на книги.
Show more
Digital Orientalia
do.jes.su
«Digital Orientalia» (Цифровое востоковедение) – международное научное периодическое издание, отражающее широкий спектр проблем развития современного востоковедения и гуманитарных наук.
Show more
Doklady Akademii nauk
Show more
Eastern Analitycs
analitika.
jes.su
Журнал «Восточная аналитика» выпускается с 2010 года. Журнал нацелен на анализ экономических, социальных и политических процессов на современном Востоке.
Show more
Ekonomika i matematicheskie metody
emm.jes.su
Журнал «Экономика и математические методы» позиционирует себя как открытая площадка межнационального общения и обмена научной информацией, результатами фундаментальных и прикладных исследований специалистов академического и экспертно-аналитического профиля. Журнал стремится поддерживать высокий научный уровень дискуссии о проблемах, методах изучения и развития экономики, вовлекая в этот процесс наиболее квалифицированных экспертов – исследователей и практиков.
Show more
Energiia: ekonomika, tekhnika, ekologiia
Show more
Energy law forum
mlcjournal.ru
Цель журнала — повышение качества освещения основных результатов диссертационных работ и создание базовых условий выполнения требований Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки России, предъявляемых к научным публикациям соискателей ученых степеней кандидатов и докторов юридических наук (5.
1.2, 5.1.3, 5.1.5)
Show more
Epistema
epistema.jes.su/
Журнал «Эпистема» (Epistema)» — это уникальная коммуникативная площадка для научных дискуссий, на которой встречаются молодые ученые и уже известные исследователи в области философии, общественных наук и наук о человеке. В центре этих дискуссий лежит понимание знания как феномена культуры в различных его аспектах и контекстах исследований.
Show more
Etnograficheskoe obozrenie
«Этнографическое обозрение» — один из старейших российских академических журналов, посвященных исследованиям в области наук о народах. Основан в 1889 г. Журнал специализируется в первую очередь на публикации статей по вопросам этнографии, этнологии и социальной/культурной антропологии, а также обзоров и рецензий научной литературы в данных областях.
Show more
Eurasia. Expert
journal.eurasia.expert
Электронный научный журнал «Евразия.
Эксперт» — сетевое периодическое издание, посвященное научному анализу политических, экономических и гуманитарных процессов в Евразийском регионе.
Show more
Gosudarstvo i pravo
gospravo-journal.ru
В журнале освещаются: теоретические вопросы государства и права; проблемы становления правового государства; права и свободы человека и гражданина; анализ нового законодательства; хроника научной жизни.
Show more
Indo-European linguistics and classical philology
iling.jes.su
Ежегодник «Индоевропейское языкознание и классическая филология» является периодическим изданием, издаваемым Институтом лингвистических исследований РАН с 1998 г. Издание является зарегистрированным СМИ. Номер свидетельства: ПИ № ФС 77–60970.
Show more
Issledovanie Zemli iz kosmosa
Издается с 1980 г. В журнале публикуются оригинальные статьи и краткие сообщения по актуальным проблемам изучения Земли из космоса: исследование из космоса атмосферы, океана и климата решение космическими средствами задач геологии, географии и исследования биосферы методы и средства дистанционного зондирования и автоматизированной обработки информации использование и развитие космической системы исследования природных ресурсов Земли.
Show more
ISTORIYA
history.jes.su
Электронный научно-образовательный журнал «История» (ЭНОЖ «История») — уникальное сетевое периодическое издание, в котором собраны научные и учебно-методические статьи ведущих отечественных и зарубежных историков, отражающие результаты современных исследований.
Show more
Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Energetika
Show more
Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Mekhanika tverdogo tela
Журнал «Известия Российской академии наук. Механика твердого тела» (Изв. РАН. МТТ) публикует статьи по основным областям изучения динамики систем материальных точек и абсолютно твердого тела; теории устойчивости движения и процессов управления движущимися объектами; теории гироскопов и навигационных устройств; механики деформируемых тел, теории упругости, пластичности и ползучести; механики полимеров, грунтов и гетерогенных твердых сред; прочности материалов и конструкций и др.
Show more
Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza
Show more
Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Seriia literatury i iazyka
izv-oifn.ru
Журнал охватывает проблемы лингвистики и литературоведения, фольклористику, искусствознание, теорию литературы и историю русской и зарубежной литературы.
Show more
Izvestiia Rossiiskoi akademii nauk. Teoriia i sistemy upravleniia
Известия РАН. Теория и системы управления является ведущим научным журналом Российской Академии Наук в области теории и систем управления. Журнал отводит важнейшее место статьям по теории и методам управления, а также статьям, посвященным изучению, проектированию, моделированию, разработке и применению новых систем управления. Журнал публикует статьи, отражающие современные исследования и разработку в области управления. Особое внимание уделяется компьютерным методам и технологиям. Журнал также публикует Труды международных научных конференций и обзоры высококвалифицированных российских и зарубежных экспертов по актуальным проблемам современных исследований в области управления.
Show more
Journal of Foreign Legislation and Comparative Law
jzsp.jes.su
Журнал зарубежного законодательства и сравнительного правоведения ориентирован на ученых и практиков, занимающихся проблемами правового регулирования.
Show more
Journal of Russian Law
jrp.jes.su
Общая концепция Журнала отражает характер, уровень и разнообразие отечественных доктринальных изысканий, основные тенденции развития отдельных отраслей законодательства, российский опыт, послуживший отправной точкой для синтезирования новых идей и открытий в области юридической науки.
Show more
Journal of the Institute of Oriental Studies RAS
vestnik-ivran.jes.su
Журнал публикует оригинальные научные статьи по всем областям востоковедения: истории, археологии, культуре, экономике, политике, лингвистике и языкознанию стран Востока от древности и до наших дней. Главной целью издания журнала является информирование научной общественности о новых результатах и достижениях, сделанных сотрудниками Института востоковедения РАН.
Show more
Kosmicheskie issledovaniia
Show more
Latin America
latamerica-journal.ru
Журнал «Латинская Америка» — уникальное для России и СНГ полноценное мультидисциплинарное профессиональное издание на русском языке, анализирующее актуальные теоретические и научно-практические проблемы Иберо-Америки; — дает читателям широкую панораму иберо-американского мира, печатает эксклюзивные интервью глав государств, министров, политиков, дипломатов, парламентариев и общественных деятелей, видных представителей науки, бизнеса, культуры и искусства, произведения всемирно известных писателей Латинской Америки, Испании и Португалии.
Show more
Law & Digital Technologies
ldt-journal.com
Law & Digital Technologies (LDT) is a peer-reviewed and interdisciplinary journal dedicated to advancing the dialogue between legal scholars and computer scientists. This journal publishes innovative theoretical and methodological research devoted to digital technologies such as Blockchain, Artificial Intelligence, BigData, etc.
LDT is looking for papers within the subject area that display good quality legal analysis or new lines of legal thought that go beyond mere description of Law, however accurate that may be. It also welcomes research in the field of theoretical computer science, applied mathematics and informatics, aimed at the development of scientific and methodological foundations of convergent cognitive-information technologies. The journal especially fosters interdisciplinary approaches.
Show more
Linguistica Fundamentalis
linguistica-fundamentalis.jes.su
Журнал «Фундаментальная лингвистика» / «Linguistica Fundamentalis»призван привлечь особое внимание исследователей в области языкознания и связанных с ними сфер знаний к теоретическому осмыслению выявляемых и описываемых особенностей языков мира.
Show more
Man and Education
человекиобразование.рф
Периодическое печатное издание «Человек и образование» издается с 2005 г.
Учредитель: ФГБНУ «Институт управления образованием Российской академии образования»
Редакция: СПБ филиал ФГБНУ «Институт управления образованием Российской академии образования»
Show more
Matematicheskoe modelirovanie
Show more
Metamorphoses of History
history-metamorph.ru
Электронный научный журнал «Метаморфозы истории» – сетевое периодическое издание, в котором публикуются научные статьи ведущих отечественных и зарубежных историков. Материалы журнала предназначены не только специалистам, но и всем интересующимся вопросами всемирной и отечественной истории.
Show more
Mikroelektronika
Основан в 1972 г. Журнал «Микроэлектроника» публикует статьи, посвященные технологическим, физическим и схемотехническим аспектам микро- и наноэлектроники. Особое внимание издание уделяет новым тенденциям в литографии, травлению, легированию, осаждению и планаризации на субмикронном и нанометровом уровнях, плазменным технологиям, молекулярно-пучковой эпитаксии и сухому травлению, а также методам исследования и контроля поверхностей и многослойных структур.
Обсуждаются вопросы приборно-технологического моделирования и диагностики технологических процессов в реальном времени. Публикуются статьи о полупроводниковых приборах на базе новых физических явлений, таких как квантовые размерные эффекты и сверхпроводимость.
Show more
Mirovaia ekonomika i mezhdunarodnye otnosheniia
Ежемесячный журнал “Мировая экономика и международные отношения” создан в 1956 г. и выходит в свет с января 1957 г. Является ведущим мультидисциплинарным изданием в России и СНГ по актуальным теоретическим и научно-практическим проблемам международной политики, мирохозяйственных связей, развития отдельных стран и регионов.
Show more
Nauchnoe priborostroenie
Широкопрофильный журнал освещает фундаментальные и прикладные проблемы современного научного приборостроения практически во всех естественнонаучных областях — физика, химия, биология, медицина и др.
Show more
Nauka.
me
nauka.me
Электронный научно-образовательный журнал «Nauka.me» — сетевое периодическое издание, объединяющее начинающих исследователей в области социально-гуманитарных наук. Главная цель журнала — создание доступной платформы для публикации научных трудов молодых ученых, бакалавров и магистрантов как российских, так и зарубежных научных и образовательных организаций.
Show more
Novaia i noveishaia istoriia
nni.jes.su
В журнале публикуются статьи ведущих российских и зарубежных историков о политических, экономических и социальных процессах, происходящих в странах Западной и Восточной Европы, в США, Канаде и в Латиноамериканских странах. Большое внимание уделяется истории, внешней политике ведущих стран Азии и Африки.
Show more
Obshchestvennye nauki i sovremennost
ons-journal.ru
На страницах журнала обсуждаются следующие проблемы: экономика, социум, политика, культура России; построение общенаучной картины мира; особенности и перспективы трансформационных процессов; синергетика и методология обществознания; перспективы человека и мировой цивилизации; регионалистика и модернизационные процессы; межнациональные отношения.
Show more
Obshchestvo i ekonomika
oie.jes.su
«Общество и экономика» международный научный и общественно-политический журнал, посвященный экономическим, политическим и социальным процессам, происходящим в постсоциалистических странах.
Show more
Oiental Epigraphy
epigraphy.jes.su
Журнал «Эпиграфика Востока» публикует оригинальные научные статьи по восточному источниковедению, эпиграфике, нумизматике, оригинальные исторические филологические и лингвистические исследования уже опубликованных эпиграфических материалов, обзоры и рецензии новых изданий, содержащих материалы археографических и эпиграфических экспедиций, а также посвященных описанию и изучению материальных и эпиграфических памятников Востока.
Show more
Oriental courier
oriental-courier.ru
«Восточный курьер» задуман как площадка для обсуждения проблем широкого спектра политики, экономики, практического востоковедения, полевых исследований, «научных путешествий», вопросов культурологии, искусствоведения, филологии, истории Востока и истории востоковедения.
Show more
Orientalistica
orientalistica.com
Orientalistica(«Ориенталистика») – научное рецензируемое издание, охватывающее широкий спектр направлений востоковедческой тематики.
Show more
Polylogos
polylogos-journal.ru
Журнал «Полилог/Polylogos» является научно-теоретическим изданием, выходящим четыре раза в год и ориентированным на профессиональную аудиторию. Задача журнала – публикация результатов исследований в области политической науки, философии политики и философии истории.
Show more
Prikladnaia matematika i mekhanika
Show more
Priroda
Show more
Problemy Dalnego Vostoka
pdv.jes.su
Журнал предоставляет возможность своим читателям знакомиться с историей, культурой, политикой и экономикой стран АТР, следить за развитием международного сотрудничества в этом динамичном и стратегически важном районе мира, к которому, помимо лидеров современной мировой экономики — Китая и Японии – а также быстро растущих Индии, Вьетнама и других стран АСЕАН, относятся Сибирь и Дальний Восток России с их колоссальным потенциалом.
Show more
Problemy mashinostroeniia i nadezhnosti mashin
Show more
Problemy peredachi informatsii
Show more
Programmirovanie
Show more
Psikhologicheskii zhurnal
psy.jes.su
В журнале публикуются статьи по фундаментальным проблемам психологии, ее методологическим, теоретическим и экспериментальным основаниям, а также результаты исследований, связанных с прикладными вопросами общественной и научной жизни. Дискуссии на страницах журнала способствуют выявлению общих тенденций в развитии психологии и ее сближению с практикой.
Show more
Pskov Journal of Regional Studies
prj.pskgu.ru
В журнале представлены результаты научных исследований, нацеленных на анализ политических, экономических, социальных, демографических, этнокультурных и экологических проблем развития различных регионов России и зарубежных стран.
Кроме того, в задачи журнала входит рассмотрение вопросов теории и методологии комплексных и «отраслевых» регионологических исследований, а также выявление региональной специфики посредством изучения особенностей историко-географического развития территорий.
Show more
Publishing House of the Institute of Oriental Studies of the RAS
izd.ivran.ru
Издательский центр Института востоковедения РАН публикует оригинальные научные статьи по всем областям востоковедения: истории, археологии, культуре, экономике, политике, лингвистике и языкознанию стран Востока от древности и до наших дней.
Show more
Rossiiskaia arkheologiia
Журнал насчитывает более 50 лет существования.Журнал ориентирован на профессиональных ученых – археологов, историков материальной культуры, искусства и архитектуры.Как фундаментальное научное издание, журнал принимает к печати только оригинальные авторские произведения (статьи, небольшие заметки, рецензии на книги, хронику проходящих научных форумов.
Show more
Rossiiskaia istoriia
russian-history.ru
Научный журнал, публикующий материалы по истории, историографии и методам исторических исследований. Журнал охватывает все области изучения российского исторического процесса с древности до современности, поощряет междисциплинарный и компаративный подходы. Приоритетом журнала является публикация оригинальных материалов, основанных на вводе в научный оборот новых источников и написанных с учётом новейшей отечественной и зарубежной историографии. Также журнал уделяет большое внимание профессиональному обсуждению новых научных изданий (монографий, сборников статей и академических публикаций источников), которое осуществляется как в формате рецензий (отдел критики и библиографии — самый большой из всех аналогичных отделов отечественной исторической периодики), так и в рубрике «Диалог о книге».
Show more
Rossiiskaia selskokhoziaistvennaia nauka
Show more
Rossiiskii immunologicheskii zhurnal
Официальное издание Российского научного общества иммунологов.
Публикуются работы, посвященные основным проблемам фундаментальной и прикладной иммунологии. Имеются рубрики: экспериментальные статьи, обзоры, краткие сообщения, иммунологические ресурсы в Интернет (ImmunoWeb), анонсы и отчеты о конгрессах и конференциях, новости.
Show more
Russia and America in XXI century
rusus.jes.su
Журнал «Россия и Америка в XXI веке» — сетевое периодическое издание, в котором собраны научные и учебно-методические статьи ведущих отечественных и зарубежных историков, отражающие результаты современных исследований.
Show more
Russian Journal of Bilingualism Studies
bilingualism.ru
«Российский журнал исследований билингвизма» («Russian Journal of Bilingualism Studies») является международным междисциплинарным журналом по изучению билингвизма в различных направлениях и научных школах лингвистики, психо- и социолингвистики, лингводидактики, литературоведения, культурологии, педагогики, психологии и социологии.
Show more
Russkaia literatura
На страницах журнала читатель знакомится с работами, посвященными народному творчеству, литературам древнерусской и XVIII века, классическому наследию, литературе Новейшего периода (XX век). Теоретические и историко-литературные исследования соседствуют в нем с разысканиями биографическими и текстологическими, тематическими рубриками, связанными с юбилейными датами писателей-классиков, критическими обзорами, полемикой, атрибуциями, обширной информацией о текущей научной жизни по материалам многочисленных международных конференций.
Show more
Russkaya Rech’
Научно-популярный академический журнал о русском языке (о его истории и современном состоянии), о русской культуре и литературе
Show more
Scientific and Analytical Herald of IE RAS
Журнал публикует результаты исследований в сфере экономической, социальной, политической и духовной жизни европейского общества; библиографические обзоры и рецензии, а также информацию о научных конференциях.
Show more
Slavianovedenie
slav.jes.su
Публикуются проблемно-тематические статьи, материалы дискуссий, круглых столов, документы, критические обзоры, библиография, хроника научной жизни, информация о книгах, выпущенных Институтом славяноведения, и др.
Show more
Social Sciences
Show more
Sotsiologicheskie issledovaniya
Журнал публикует статьи по всему спектру социологической науки: теория, методология и история социологии, методы и результаты социологических исследований в сфере экономической, социальной, политической и духовной жизни общества как в России, так и за рубежом. Среди ведущих рубрик — этносоциология, социология культуры, семьи, образования, науки, религии, управления, права, молодежи, демография и миграция. Новые рубрики — «Историческая социология», “Социология здоровья и медицины”, “Социология международных отношений”, “Социология профессий”.
Show more
Sovremennaya Evropa
«Современная Европа» – академическое научное издание, издается Институтом Европы РАН (http://www.
instituteofeurope.ru) с 2000 года и является признанным в России и в мире журналом общественно-политических исследований. Периодичность: шесть раз в год. Журнал «Современная Европа» публикует материалы по экономике, социологии, политологии, международным отношениям, истории. входит в Перечень российских рецензируемых научных журналов ВАК РФ, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.
Show more
Studies in Transcendental Philosophy
transcendental.ru
Тематическая направленность журнала связана, прежде всего, с трансцендентальной философией (в узком смысле), к которой можно отнести трансцендентальную философию И. Канта, неокантианство, [трансцендентальную] феноменологию, современные кантоведческие исследования.
Show more
Teplofizika vysokikh temperatur
Журнал «Теплофизика высоких температур» основан в 1963 году. В нём публикуются оригинальные статьи и обзоры по термодинамическим и транспортным свойствам веществ (чистых веществ, смесей и сплавов), в том числе веществ в окрестности критической точки и в состоянии низкотемпературной плазмы, и плазменным технологиям.
Значительное место отводится работам, посвященным построению уравнений состояния веществ, исследованию фазового равновесия, тепло- и массообмена, кипения, конденсации, лучистого переноса. В журнале публикуются работы, знакомящие читателя с экспериментальными методами и установками для проведения теплофизических исследований, а также с высокотемпературными установками, применяемыми в энергетике.
Show more
Ural-Altaic Studies
ural-altai.ru
Журнал «Урало-алтайские исследования» ориентирован, прежде всего, на интересы лингвистов – специалистов по языкам уральской и алтайской общностей. Мы рассчитываем, что нам удастся привлечь в качестве авторов и тех историков, этнографов, литературоведов (а также представителей других наук), которые заинтересованы в обмене информацией с лингвистами.
Show more
USA & Canada: ekonomika, politika, kultura
usacanada.jes.su
Журнал «США & Канада: экономика, политика, культура» был основан в 1970 году как “США: экономика, политика, идеология” (с 1998 года была добавлена Канада).
Его главная цель была и остается — информировать читателей о всех аспектах внутренней и внешней политики США и Канады, а также актуальным теоретическим и практическим проблемам международной политики, мирохозяйственных связей, развития в разных странах мира. Журнал публикует материалы, представляющие результаты исследований российских специалистов и иностранных аналитиков на российско – американские и российско – канадские отношения.
Show more
Vestnik of The Russian agricultural science
Show more
Vestnik CEMI
cemi.jes.su
Научный электронный ежеквартальный журнал «Вестник ЦЭМИ» — уникальное сетевое периодическое издание, осуществляющее издание работ высокого научного уровня по рецензированию и подготовке материалов, которое обеспечивается коллективом Центрального экономико-математического института РАН.
Show more
Vestnik drevnei istorii
Журнал публикует оригинальные научные статьи по всем областям древней истории, классической и древневосточной филологии и археологии античной и древневосточных цивилизаций, на русском, английском, французском и немецком языках.
Show more
Vestnik RAS
Основан в 1931 г. В журнале широко освещается деятельность Российской академии наук, Президиума РАН, публикуются самые значительные работы и доклады наиболее выдающихся российских и иностранных ученых, дискуссионные материалы, информация о награждениях, премиях и назначениях. На его страницах обсуждаются важные вопросы бытия, влияющие на все основные сферы науки, образования и окружающего нас мира.
Show more
Voprosy filosofii
Ежемесячное академическое научное издание, центральный философский журнал России.
Show more
Voprosy istorii estestvoznaniia i tekhniki
vietmag.org
Основной блок материалов журнала образуют оригинальные статьи, в которых квалифицированные специалисты по истории и философии науки и техники публикуют результаты своих исследований. Журнал издается под руководством Президиума РАН.
Show more
Voprosy Jazykoznanija
Тематика журнала: теория языка, ареальное, типологическое и сравнительно-историческое изучение языков мира, а также социолингвистика, корпусная и компьютерная лингвистика, психолингвистика и смежные дисциплины.
Show more
Vostok. Afro-Aziatskie obshchestva: istoriia i sovremennost
vostokoriens.jes.su
Журнал издается под руководством Отделения историко-филологических наук РАН. В журнале публикуются статьи по актуальным вопросам истории, экономики, политики, культуры, экономики, социологии, литературы и языка стран зарубежного и российского Востока.
Show more
Zemlia i Vselennaia
Show more
Zhurnal vychislitelnoi matematiki i matematicheskoi fiziki
Show more
Гистерезис – определение и преимущества петли гистерезиса
Гистерезис возникает в системе, в которой присутствует магнитное поле. Это также общее свойство ферромагнитных веществ. В общем, когда намагниченность ферромагнитных материалов отстает от магнитного поля, этот эффект можно назвать эффектом гистерезиса.
Термин «гистерезис» означает «отставание». Термин гистерезис характеризуется отставанием интенсивности намагниченности (В) от напряженности магнитного поля (Н).
Все ферромагнитные материалы проявляют явления гистерезиса. Чтобы лучше понять концепцию, давайте рассмотрим пример, когда ферромагнитное вещество находится внутри катушки с током. Благодаря магнитному полю, которое присутствует, вещество намагничивается. Если мы изменим направление тока, вещество размагнитится, и этот процесс называется гистерезисом.
Существует два типа гистерезиса, которые можно представить как
Петля гистерезиса
Петля гистерезиса показывает взаимосвязь между интенсивностью намагничивания и намагничивающим полем. Эта петля создается путем измерения магнитного потока, исходящего от ферромагнитного вещества при изменении внешнего намагничивающего поля.
(изображение будет обновлено в ближайшее время)
(изображение будет обновлено в ближайшее время)
Указывая на график, если B измеряется для различных значений H и если мы наносим результаты в графической форме, график покажет петлю гистерезиса.
Интенсивность магнетизма (B) увеличивается, когда магнитное поле (H) увеличивается от 0 (ноль).
С усилением магнитного поля значение магнетизма увеличивается и, наконец, достигает точки A, известной как точка насыщения, где B постоянна.
С уменьшением величины магнитного поля уменьшается величина магнетизма. Но в точке B и H равны нулю, материал или вещество сохраняет небольшое количество магнетизма, называемого остаточным или сохраняющим магнетизмом.
Когда происходит уменьшение магнитного поля в отрицательную сторону, происходит уменьшение магнетизма. В точке С вещество полностью размагничено.
Сила, необходимая для устранения удерживающей способности материала, называется коэрцитивной силой (C).
Цикл продолжается в обратном направлении, где точка сохраняемости E, точка насыщения D и коэрцитивная сила F.
Из-за процесса противоположного и прямого направления цикл завершается, и этот цикл известен как петля гистерезиса.
Преимущества петли гистерезиса
Меньшая область петли гистерезиса является признаком меньшей потери гистерезиса. Петля гистерезиса дает вещество с важностью коэрцитивности и удерживающей способности. Таким образом, выбор правильного материала для изготовления постоянного магнита упрощается сердцем машин.
Остаточный магнетизм можно рассчитать по графику B-H, поэтому выбрать материал для электромагнитов просто.
Потери энергии из-за гистерезиса
Лучшим примером определения потерь энергии из-за гистерезиса является трансформатор, и, как мы знаем, в процессе намагничивания и размагничивания требуется энергия.
Во время цикла намагничивания и размагничивания магнитных веществ будет расходоваться некоторая энергия. Эта израсходованная энергия проявляется в виде тепла, и эти потери тепла известны как гистерезисные потери.
Потери энергии на единицу объема вещества = площадь кривой гистерезиса
В трансформаторах энергия постоянно теряется в виде тепла из-за непрерывного процесса намагничивания и размагничивания. В связи с этим эффективность потерь энергии трансформатора снижается.
Чтобы остановить эту потерю энергии, в трансформаторах используется сердечник из мягкого железа, поскольку потери на гистерезис или потери энергии в случае мягкого железа намного меньше, чем в других материалах.
Difference between Soft and Hard Magnetic Materials
Soft Magnet | Hard Magnet |
Magnetization and demagnetization process is easy. | Процесс намагничивания и размагничивания затруднен. |
Мягкий магнит можно получить путем постепенного нагревания и последующего охлаждения. | Твердый магнит может быть образован путем нагревания, а затем резкого охлаждения. |
Площадь петли гистерезиса мала, а также малы сохраняющая способность и коэрцитивность. | Площадь петли гистерезиса велика, а сохраняемость и коэрцитивность также высоки. |
Это временные магниты. | Это постоянные магниты. |
Примерами являются ферриты, гранат, железоникелевый сплав. | Примерами являются вольфрам, сталь, углеродистая сталь и хромистая сталь. |
Мягкое железо против стали
Мягкое железо может быть магнитизируется и размагничивается.
стали больше по сравнению с коэрцитивной силой мягкого железаИз-за небольшой площади потери энергии в мягком железе меньше по сравнению с потерями энергии в стали
Площадь петли в случае мягкого железа меньше, чем у стали
И I, и χ имеют высокие значения в мягком железе, тогда как оба значения малы в стали
Мягкие чугуны используются в электромагнитных ленты, трансформаторы, магнитофоны и многое другое
Магнитная проницаемость у мягкого железа выше, чем у стали
стали больше по сравнению с коэрцитивной силой мягкого железаВнимательно прочтите содержание страницы
Просмотрите каждую часть и особенно части, которые необходимо перечитать
Выделите все ключевые области главы
Не пропускайте любой раздел на странице
Запишите все на своем родном языке где-нибудь, чтобы лучше понять
Повторите со страницы перед любым тестом по главе
Как Веданту обучает студентов гистерезису?
Да, в веданту имеется достаточно учебных материалов, которые должны быть известны учащимся.
У него есть Гистерезис — определение и преимущества петли гистерезиса на его онлайн-платформе для обучения, которую студенты могут прочитать. Все учащиеся, которым необходимо правильно понять основы главы, могут читать отсюда. На портале Vedantu есть только соответствующие учебные материалы, поэтому студенты могут читать их, не беспокоясь.
Гистерезисные потери в трансформаторе и их влияние на цепи переменного тока
Ключевые выводы
Гистерезисные потери в трансформаторе возникают из-за насыщения намагниченности в сердечнике трансформатора.
Магнитные материалы в сердечнике в конечном итоге станут магнитно-насыщенными, если они будут помещены в сильное магнитное поле, такое как магнитное поле, создаваемое переменным током.
Во избежание искажений трансформаторы, используемые для силовой электроники, следует выбирать так, чтобы они не сильно насыщались при входном значении магнитного потока.
Магнитопровод в этом трансформаторе создает гистерезисные потери при высоком входном токе и магнитном поле.
Трансформаторы являются одним из тех важных элементов оборудования, которые делают возможной современную жизнь, поскольку они выполняют важную функцию преобразования энергии. Они повышают или понижают переменное напряжение/ток до полезных уровней, которые затем можно преобразовать в постоянный ток и использовать для питания вашей любимой электроники. Если вы хотите подключить что-либо к стене и получать питание от сети, вам необходимо выполнить несколько важных требований, одно из которых касается гистерезиса в трансформаторе.
К сожалению, вместе с магнитным гистерезисом возникают гистерезисные потери в трансформаторе. Каждый трансформатор имеет некоторые гистерезисные потери, когда входной ток колеблется туда-сюда, и эти потери проявляются в виде незначительных искажений и снижения эффективности выходной мощности.
Когда вам нужно разместить преобразование мощности непосредственно на вашей печатной плате или вам просто нужно выбрать трансформатор для преобразования энергии, обратите внимание на гистерезисные потери в вашем трансформаторе.
Что вызывает потери на гистерезис в трансформаторе?
Каждый трансформатор содержит ферромагнитный материал в качестве сердечника, и все магнитные материалы будут иметь некоторое магнитное насыщение, которое возникает при высокой напряженности магнитного поля. Когда это происходит, уровень намагниченности, который вы индуцируете в магнитном материале, достиг своего максимума; вы не можете заставить этот материал иметь более высокий уровень магнетизма после насыщения. В результате наведенная намагниченность в сердечнике трансформатора перестает увеличиваться, хотя входной ток и магнитный поток продолжают увеличиваться.
Как только входной поток меняет направление, требуется некоторое количество магнитного потока, чтобы заставить намагниченность в сердечнике трансформатора изменить направление.
В этом суть гистерезиса; хотя магнитное поле изменило направление, намагниченность в ядре (проявляющаяся в B-поле) не полностью уменьшается до нуля, пока поле не превысит определенный порог (называемый коэрцитивной силой). Влияние гистерезиса на поле B в сердечнике из-за поля H, создаваемого током в катушках, показано на изображении ниже.
Окно магнитного гистерезиса.
H-поле не действует на магнитные домены в материале сердечника, но все же удобно думать о магнитном поле как о влиянии неконсервативной силы, известной во многих кругах как магнитное трение. Уместна аналогия с трением, поскольку потеря мощности проявляется в ядре в виде тепла. На самом деле магнитное поле действительно сдвигает магнитные домены в материале сердечника. Это приводит к знакомому гудению и вибрации в больших трансформаторах, работающих с очень сильными полями. Из-за дисперсии гистерезисные потери различаются в зависимости от частоты, что следует учитывать при выборе трансформатора.
Можно ли уменьшить гистерезисные потери?
Простой ответ заключается в том, что потери на гистерезис нельзя легко уменьшить, добавив некоторые компоненты или отрегулировав геометрию. Гистерезисные потери в сердечнике трансформатора пропорциональны площади, заключенной в окне гистерезиса для данного материала сердечника. По этой причине используются материалы с высокой магнитной чувствительностью, поскольку они, как правило, имеют узкие окна гистерезиса. Прочтите эту статью, чтобы найти таблицу со свойствами материалов и номинальными потерями на частоте 100 кГц для распространенных материалов сердечников трансформаторов.
В дополнение к гистерезисным потерям каждый трансформатор имеет следующие источники потерь:
Потеря утечки. Не все конструкции трансформаторов идеальны, и часть поля будет утекать из сердечника трансформатора. Это уменьшает магнитное поле, наблюдаемое во вторичных обмотках, поэтому входной ток будет немного уменьшен.
Потеря проводника. Проводник, используемый для формирования обмоток вокруг сердечника (обычно медь), имеет некоторую конечную электропроводность, поэтому в обмотках будет некоторое падение IR.
Потери на вихревые токи. Поскольку входной магнитный поток непрерывно переключается во времени, в сердечнике индуцируется вихревой ток, создающий омические потери. Решением здесь является использование сердечника с меньшей площадью поперечного сечения и более высокой проводимостью.
Не все модели SPICE для трансформаторов включают все источники потерь. Самые базовые модели SPICE являются чисто линейными и не включают никаких потерь. Для работы с реальными трансформаторами в стандартных симуляциях SPICE вам необходимо использовать утилиту моделирования для учета гистерезиса или других потерь в вашей системе преобразования энергии. Эта область проектирования электроники исследовалась с тех пор, как появились симуляторы SPICE.
Взгляните на эту недавнюю статью IEEE, чтобы узнать больше о разработке SPICE-моделей для трансформаторов с гистерезисом.
Пример 3-фазных сигналов напряжения в сильноточной системе. Обратите внимание на искажение из-за гистерезиса.
Прочие важные аспекты преобразования мощности
Энергетические системы и электрооборудование должны соответствовать стандартам, таким как IEEE 519-2014, NEMA IS07 P1-2019 и IEC, каждый из которых определяет допустимые верхние пределы общего гармонического искажения (THD) в силовой электронике. Эти стандарты по-разному влияют на другие аспекты вашей системы, связанные с гистерезисом трансформатора.
В дополнение к разумному выбору трансформатора вам необходимо тщательно выбрать следующие компоненты и топологии цепей для преобразования энергии, кондиционирования и фильтрации. В приведенной ниже таблице показан краткий список важных компонентов и цепей, которые необходимо включить в секцию ввода/преобразования переменного тока:
Компонент/схема | Роль в преобразовании энергии |
Фильтр электромагнитных помех Magnetics | Использует магнитный сердечник с синфазными обмотками для устранения синфазных кондуктивных электромагнитных помех на входной секции устройства. |
Цепь PFC | Сглаживает форму волны тока, когда импульсный стабилизатор потребляет мощность и когда гистерезисные потери в трансформаторе вызывают искажения. |
Топология регулятора (LDO или коммутация) | Обеспечивает стабильную выходную мощность постоянного тока с высокой эффективностью. В некоторых топологиях регуляторов, таких как прямоходовые и обратноходовые преобразователи, используются диод и трехобмоточный трансформатор для преодоления гистерезисных потерь при стабильном выходе постоянного тока. |
Выпрямительные диоды | Технически любой диод можно использовать в выпрямителе, если его прямое напряжение достаточно низкое. Многие ИС мостовых выпрямителей рассчитаны на определенное линейное напряжение переменного тока. |
Обратите внимание, что эти фильтры в основном являются трансформаторами и также могут иметь гистерезисные потери.
После того, как вы выберете эти другие компоненты и спроектируете схемы регулирования/кондиционирования для преобразования энергии, вы сможете смоделировать все аспекты поведения схемы с помощью интерфейсных функций разработки от Cadence и мощного симулятора PSpice. После того, как вы спроектировали свои схемы, вы можете использовать приложение для моделирования PSpice и инструменты симулятора для изучения гистерезисных потерь в трансформаторе и других цепях вашей системы.
Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube и посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты.
Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
УЧИТЬ БОЛЬШЕЧто такое гистерезис?
`;
Наука
Факт проверен
Рэй Хок
Гистерезис — это качество, которое чаще всего наблюдается в магнитных и эластичных материалах, когда реакция материала на напряжение или электромагнитную силу отстает от фактического приложения силы.
Реакция также зависит от предыдущих сил, приложенных к материалу, а не только от текущих условий напряжения, которым он подвергается. Проще говоря, это зависимость системы от истории, и корневой термин этого слова на самом деле означает опоздать или отстать.
Принцип ферромагнитного гистерезиса используется для записи информации на магнитную ленту, ленты кредитных карт и т.д. Когда поле магнитного гистерезиса прикладывается к носителе записи и снимается, носитель по умолчанию не возвращается в состояние нулевой намагниченности. Вместо этого к магнитным частицам в материале добавляется новый уровень порядка, который представляет структуру записанных там данных.
Эта своего рода остаточная магнитная память может быть стерта только приложением магнитного заряда в противоположном направлении, известным как петля гистерезиса. В противном случае имплантированный магнитный заряд может быть почти постоянным, что является полезной функцией при хранении информации и широко используется для аудиокассет и жестких дисков компьютеров.
Свойство петли гистерезиса можно также использовать для стирания магнитных данных путем приложения к среде обратного магнитного поля. Один в том же направлении также может быть использован для перезаписи предыдущего шаблона.
Однако эта повторяющаяся особенность или цикл гистерезиса в ферромагнетиках отсутствует в свойствах других материалов.
Мемристоры или резисторы памяти — это компоненты, демонстрирующие принцип гистерезисной схемы. Они обладают способностью запоминать ток гистерезиса, проходящий через них, изменяя свое относительное сопротивление в ответ на него. Эти устройства имитируют работу синапсов в человеческом мозгу, и это привлекло внимание военных исследователей Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) в США. Исследования 2010 года были направлены на разработку суперкомпьютерной мощности, которая была бы достаточно мала, чтобы ее можно было упаковать в двухлитровый объем, и обладала бы интеллектом, эквивалентным кошачьему мозгу.
В некоторой степени эластичные материалы, такие как тонкие металлы, могут проявлять эффект теплового гистерезиса. Изменения в выравнивании атомов металла при изгибании зубцов вилки вперед и назад будут демонстрировать гистерезис, но, в отличие от магнитных материалов, металл становится менее чувствительным при многократном приложении силы. Это называется наклепом и в конечном итоге приводит к тому, что металл становится хрупким и ломается. Металл создает задержку в ответ на силу и в конечном итоге ломается, вызывая потерю энергии в виде тепла, что называется потерями на гистерезис.
