Гистерезис что это кратко: Гистерезис в физике, теория и примеры

Гистерезис в физике, теория и примеры

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

В физике понятие гистерезис обозначает явление, в котором параметр, определяющий состояние тела (вещества), проявляет неоднозначную зависимость от физической величины, характеризующей внешние условия (изменение внешних условий). Гистерезис наблюдают в случае, если состояние вещества в настоящий момент времени зависит не только от внешних условий сейчас, но и связано с предысторией состояний тела. Для того чтобы изменить состояние тела всегда необходимо время (время релаксации).

Чем медленнее производится процесс изменения внешних условий, тем меньше отставание в реакции. Для некоторых процессов замедление процесса изменений не уменьшает отставание. В таких случаях говорят о явлении гистерезиса.

Явление гистерезиса может проявляться не только в физике, но и в технике, биологии, экономике, социологии и т.д.

В физике наиболее часто имеют дело с гистерезисом магнитным, сегнетоэлектрическим и упругим.

Магнитный гистерезис

Намагниченность магнетиков, например, железа зависит не только от того какова напряженность магнитного поля в данный момент, но и от того в каком поле он находился до этого. Так, если взять кусок железа не намагниченного, поместить его в магнитном поле, увеличивать напряженность внешнего магнитного поля и измерять намагниченность железа, намагниченность будет постепенно расти, сначала резко, затем медленнее и при некоторых величинах напряженности поля перестанет увеличиваться. Железо достигает магнитного насыщения, при этом все элементарные токи ориентированы. Получив насыщение, будем ослаблять внешнее магнитное поле. Намагниченность вещества станет уменьшаться, но этот процесс пойдет медленнее, чем происходил рост. Железо будет сохранять остаточную намагниченность при напряженности магнитного поля равном нулю. Для размагничивания железа требуется приложить внешнее магнитное поле, которое будет направлено в противоположную строну. Намагниченность железа зависит не только от того какова напряженность поля в рассматриваемый момент времени, но и предыстории состояний вещества. Графической характеристикой явления магнитного гистерезиса является петля гистерезиса.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Если сегнетоэлектрик помещают в электрическое поле, сначала поляризация резко увеличивается, затем происходит насыщение. При уменьшении поля поляризация уменьшается медленнее, чем росла. В процессе уменьшения поля проявляется явление остаточной поляризации (при напряженности поля равной нулю, поляризация отличается от нуля). Явление сегнетоэлектрическое гистерезиса характеризуют при помощи замкнутой кривой, которую называют петлей гистерезиса.

Упругий гистерезис

Упругий гистерезис – это проявление явления внутреннего трения. Если создается циклическая нагрузка и разгрузка тела, то графически диаграмма напряжений – деформаций изображается как петля гистерезиса. Причиной возникновения упругого гистерезиса является появление в некоторых отдельных элементах тела местных пластических деформаций, которые создают в окружающем их пространстве остаточные напряжения.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Гистерезис

Чтобы лучше понять, что такое магнитный гистерезис, нужно разобраться, где и при каких условиях он возникает.

Магнитное поле – это одна из составляющих электромагнитного поля, характеризующаяся своим силовым действием на движущиеся заряженные частицы.

Вектор магнитной индукции B – это основная силовая величина магнитного поля.

Намагниченность M – это величина, которая характеризует магнитное состояние вещества.

Напряженность магнитного поля – это характеристика магнитного поля, которая равна разности магнитной индукции и намагниченности.

Ферромагнитный материал – это материал, намагниченность которого зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

Допустим, мы имеем катушку, внутри которой имеется сердечник из ферромагнитного  материала. Обычно такой сердечник состоит из железа, никеля, кобальта и различных соединений на их основе. Если подключить её к источнику переменного тока, то вокруг катушки образуется магнитное поле, которое будет изменяться по закону

  

График зависимости B (H) 

 

Участок 0-1 называется кривой первоначального намагничивания. Благодаря ей мы можем увидеть, как меняется магнитная индукция в размагниченной катушке.

После насыщения (то есть точки 1) с уменьшением напряженности магнитного поля до нуля (участок 1-2), мы видим, что сердечник остался намагниченным на величину остаточной намагниченности Br. Это и называется явлением магнитного гистерезиса.

С точки зрения физики остаточная намагниченность объясняется тем, что в ферромагнетиках существуют сильные магнитные связи между молекулами, благодаря которым создаются беспорядочно направленные магнитные моменты. Под воздействием внешнего поля, они принимают направления поля, а после его снятия, часть магнитных моментов остаются направленными. Поэтому вещество остается намагниченным.

После изменения направления тока в катушке размагничивание продолжается (участок 2-3) до пересечения оси абсцисс. Участок 3-0 называется коэрцитивной силой Hc. Это величина, которая необходима для уничтожения поля в сердечнике. Далее аналогично происходит намагничивание сердечника до насыщения (участок 3-4) и обратно размагничивание на участке 4-5  и 5-6, с последующим намагничиванием до точки 1. Весь этот график называется петлей магнитного гистерезиса.

Если многократно намагнитить сердечник с напряженностью и индукцией магнитного поля, меньшими чем при насыщении, то можно получить семейство кривых, из которых в дальнейшем можно построить основную кривую намагничивания (0-1-2).  Эта кривая зачастую требуется при электротехнических расчетах магнитных систем.

 

В зависимости от ширины петли гистерезиса, ферромагнитные материалы делят на магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитотвердые вещества обладают большими значениями остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Магнитомягкие вещества, такие как электротехническая сталь применяют в трансформаторах, электрических машинах ,электромагнитах, благодаря небольшой коэрцитивной силе и большому значению магнитной проницаемости.

  • Просмотров: 4512
  • Гистерезис в магнитных материалах

    Гистерезис в магнитных материалах

    Когда ферромагнитный материал намагничивается в одном направлении, он не будет возвращаться к нулевой намагниченности при удалении наложенного намагничивающего поля. Оно должно быть возвращено к нулю полем в противоположном направлении. Если к материалу приложить переменное магнитное поле, его намагниченность будет описывать петлю, называемую петлей гистерезиса. Отсутствие прослеживаемости кривой намагничивания является свойством, называемым гистерезисом, и связано оно с наличием в материале магнитных доменов. Как только магнитные домены переориентируются, требуется некоторая энергия, чтобы повернуть их обратно. Это свойство ферромагнитных материалов используется как магнитная «память». Некоторые композиции ферромагнитных материалов будут сохранять наведенную намагниченность на неопределенный срок и могут использоваться в качестве «постоянных магнитов». Аспекты магнитной памяти оксидов железа и хрома делают их полезными при записи аудиокассет и для магнитного хранения данных на компьютерных дисках.

    Индекс
     
    Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Неф
    Назад

    Обычно намагниченность M образца изображают как функцию напряженности магнитного поля H, поскольку H является мерой приложенного извне поля, которое управляет намагничиванием.

    Дальнейшее обсуждение концепции
    Гистерезис в магнитной записи
    Изменения кривых гистерезиса
    Коэрцитивность и остаточная намагниченность
    Индекс

    Ссылка
    Молодой
    Секунда 29-8

     
    Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Ступица
    Назад

    Из-за гистерезиса входной сигнал на уровне, указанном пунктирной линией мог дать намагничивание в любом месте между C и D, в зависимости от непосредственной предыдущей истории ленты (т. е. сигнала, который ему предшествовал). Эта явно неприемлемая ситуация исправляется с помощью сигнала смещения, который вращает зерна оксида вокруг своей петли гистерезиса так быстро, что намагниченность в среднем становится равной нулю, когда сигнал не подается. Результат сигнала смещения подобен магнитному вихрю, который оседает до нуля, если на него не накладывается сигнал. Если есть сигнал, он смещает сигнал смещения, так что остается остаток намагниченность пропорционально смещение сигнала.


    Магнитная запись
    Индекс
     
    Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Неф
    Назад

    Существуют значительные различия в гистерезисе различных магнитных материалов.

    Кривая слева вверху представляет материалы, которые иногда называют магнитно-твердыми. Сюда входят различные стальные сплавы и специальные сплавы, такие как Alnico. При намагничивании, близком к насыщению, такие материалы могут сохранять магнитное поле до B = 1 Тл, что соответствует внутренней намагниченности M = B/μ

    0 , равной примерно 800 000 А/м.

    Кривая справа представляет магнитомягкие материалы, такие как мягкое железо, которые используются для сердечников трансформаторов и двигателей. Они сводят к минимуму потери энергии и нагрев, связанные с периодическим изменением направления магнитного поля в электрических устройствах переменного тока.

    Index

    Reference
    Young
    Sec 29-8

    Hysteresis wiki

     
    HyperPhysics***** Condensed Matter ***** Electricity and Magnetism R Nave
    Назад

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

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

    By Danielle Collins Оставить комментарий

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


    Потеря гистерезиса

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

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

    Петля гистерезиса показывает взаимосвязь между плотностью наведенного магнитного потока (B) и силой намагничивания (H). Его часто называют петлей B-H.
    Изображение предоставлено: Ресурсный центр NDT

    The equation for hysteresis loss is given as:

    P b = η * B max n * f * V

    P b = hysteresis loss (W)

    η = коэффициент гистерезиса Штейнмеца, в зависимости от материала (Дж/м 3 )

    B макс. 2,5, в зависимости от материала

    f = частота перемагничивания в секунду (Гц)

    В = объем магнитного материала (м 3 )


    Потери на вихревые токи

    Потери на вихревые токи в котором говорится, что «Любое изменение в окружающей среде катушки с проводом вызовет индуцирование напряжения в катушке, независимо от того, как создается магнитное изменение». Таким образом, когда сердечник двигателя вращается в магнитном поле, в катушках индуцируется напряжение или ЭДС. Эта индуцированная ЭДС вызывает протекание циркулирующих токов, называемых вихревыми токами. Потери мощности, вызванные этими токами, известны как потери на вихревые токи.

    В сердечниках якоря двигателей используется множество тонких кусков железа (называемых «пластинками»), а не один кусок, потому что сопротивление отдельных кусков выше, чем сопротивление одного сплошного куска. Это более высокое сопротивление (из-за меньшей площади на единицу) уменьшает вихревые токи и, в свою очередь, потери на вихревые токи. Пластины изолированы друг от друга лаковым покрытием для предотвращения «перескакивания» вихревых токов с одной пластины на другую.

    Вихревые токи в многослойных сердечниках (справа) меньше, чем в сплошных сердечниках (слева).
    Image credit: wikipedia.org

    The equation for eddy current loss is given as:

    P = K e  * B max 2  * f 2  * t 2 * V

    P e  = eddy current loss (W)

    K e  = eddy current constant

    B = flux density (Wb/m 2 )

    f = frequency of magnetic reversals per second (Hz)

    t = material thickness (m )

    В = объем (м 3 )


    Магнитные потери названы так потому, что они зависят от магнитных путей в двигателе, но их также называют «потери в сердечнике» и «потери в стали».

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *