22.11.2024

Що таке петля гістерезису: Что такое петля гистерезиса? — Вольтик.ру

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.

Петля Гистерезиса

Петля
гистерезиса. При циклическом изменении
напряженности постоянного магнитного
поля от 0 до +Н, от +Н до –Н и снова от –Н
до +Н кривая изменения индукции (кривая
перемагничивания) имеет форму замкнутой
кривой – петли гистерезиса. Для слабых
полей петля имеет вид эллипса. При
увеличении значения напряженности
магнитного поля Н получают серию
заключенных одна в другую петель
гистерезиса. Когда все векторы
намагниченности доменов сориентируются
вдоль направления поля, процесс
намагничивания закончится состоянием
технического насыщения намагниченности
материала. Петлю гистерезиса, полученную
при условии насыщения намагничивания,
называют предельной петлей гистерезиса.
Она характеризуется максимально
достигнутым значением индукции Bs,
называется индукцией насыщения. При
уменьшении напряженности магнитного
поля от +Н до 0 магнитная индукция
сохраняет остаточную индукцию Вс. Чтобы
получить остаточную магнитную индукцию,
равную 0, необходимо приложить
противоположно направленное
размагничивающее поле определенной
напряженности -Нс. Отрицательная
напряженность магнитного поля -Нс
называется коэрцитивной силой материала.
При достижении напряженности магнитного
поля значения –Н, а затем 0 вновь возникает
остаточная индукция –Вс. Если повысить
напряженность магнитного поля до +Нс,
то остаточная магнитная индукция Вс
будет равна 0.
Площадь гистерезисных
петель в промежуточных и предельных
состояниях характеризует рассеивание
электрической энергии в процессе
перемагничивания материала, т.е. потери
на гистерезис. Площадь гистерезисной
петли зависит от свойств материала, его
геометрических размеров и частоты
перемагничивания.
По предельной петле
гистерезиса определяют такие характеристики
магнитных материалов, как индукцию
насыщения Bs, остаточную индукцию Вс,
коэрцитивную силу Нс.

Кривая намагничивания

Кривая
намагничивания. Это важнейшая
характеристика магнитных материалов,
она показывает зависимость намагниченности
или магнитной индукции материала от
напряженности внешнего поля Н. Магнитная
индукция материала Bi измеряется в теслах
(Тл) и связана с намагниченностью .

Основная (коммутационная) кривая
намагничивания представляет собой
геометрическое место вершин петель
гистерезиса, полученных при циклическом
перемагничивании и отражает изменение
магнитной индукции В в зависимости от
напряженности магнитного поля Н, которое
создается в материале при намагничивании.
Напряженность магнитного поля в образце
в виде тороида, когда магнитная цепь
замкнута, равна напряженности внешнего
поля Нв. В разомкнутой магнитной цепи
на концах образца появляются магнитные
полюса, создающие размагничивающее
поле Нр. Разница между магнитными
напряженностями внешнего и размагничивающего
полей определяют внутреннюю магнитную
напряженность Hi материала.
Основная
кривая намагничивания имеет ряд
характерных участков, которые можно
условно выделить при намагничивании
монокристалла ферромагнетика. Первый
участок кривой намагничивания
соответствует процессу смещения границ
менее благоприятно ориентированных
доменов. На втором участке происходит
поворот векторов намагниченности
доменов в направлении внешнего магнитного
поля. Третий участок соответствует
парапроцессу, т.е. завершающему этапу
процесса намагничивания, когда сильное
магнитное поле поворачивает в направлении
своего действия не сориентированные
магнитные моменты доменов ферромагнетика.

Магнітний гістерезис

Явище густини потоку B, що відстає від сили намагнічування H в магнітному матеріалі, відомо як Магнітний гістерезис. Слово гістерезис походить від грецькогоСлово Гістерін означає відставати. Іншими словами, коли магнітний матеріал намагнічується спочатку в одному напрямку, а потім в іншому напрямку, завершуючи один цикл намагніченості, виявлено, що щільність потоку B відстає від прикладеної сили намагніченості H.

Існують різні типи магнітних матеріалівтакі як парамагнітні, діамагнітні, феромагнітні, феромагнітні та антиферомагнітні матеріали. Феромагнітні матеріали в основному відповідають за генерацію петлі гістерезису.

Коли магнітне поле в не застосовуєтьсяФеромагнітний матеріал поводиться як парамагнітний матеріал. Це означає, що на початковій стадії диполь феромагнітного матеріалу не вирівняний, вони розташовуються випадковим чином. Як тільки магнітне поле застосовано до феромагнітного матеріалу, його дипольні моменти узгоджуються в одному конкретному напрямку, як показано на малюнку вище, що призводить до набагато сильніше магнітного поля.

Зміст:

Для розуміння явища магнітногогістерезисом розглядають кільце магнітного матеріалу, рівномірно намотане соленоїдом. Соленоїд підключений до джерела постійного струму через двополюсний двосторонній (D.P.D.T) реверсивний перемикач, як показано на малюнку нижче

Спочатку перемикач знаходиться в положенні 1. Зменшуючи величину R, величина струму в соленоїді поступово зростає, що призводить до поступового збільшення напруженості поля H, щільність потоку також зростає до досягнення точки насичення a, а отримана крива — oa. Насичення відбувається, коли по збільшенню струму дипольний момент або молекули магнітного матеріалу вирівнюються в одному напрямку.

Тепер шляхом зменшення струму в соленоїді внульова сила намагнічування поступово зменшується до нуля, але величина щільності потоку не буде нульовою, оскільки вона все ще має значення ob при H = 0, тому отримана крива має ab, як показано на малюнку нижче. Щільність обумовлена ​​залишковим магнетизмом.

Петля гістерезису

Залишковий магнетизм

Значення щільності потоку, що утримується магнітним матеріалом, називається залишковим магнетизмом, а потужність утримання відома як ретенційність матеріалу.

Тепер для розмагнічування магнітного кільцяположення реверсивного перемикача DPDT змінюється на положення 2 і, таким чином, напрямок потоку струму в соленоїді змінюється у зворотному напрямку, що призводить до зворотної сили намагнічування H. Коли H збільшується в зворотному напрямку, щільність потоку починає зменшуватися і стає нулем ( B = 0) і крива, показана вище, слідує за контуром bc. Залишковий магнетизм матеріалу видаляється шляхом застосування сили намагнічування, відомої як коерцитивна сила в протилежному напрямку.

Примусова сила

Називається величина сили намагнічування, необхідної для знищення залишкового магнетизму Примусова сила показана рожевим кольором на кривій гістерезису, показаної вище.

Тепер для завершення петлі гістерезисуСила намагнічування H додатково збільшується в зворотному напрямку, поки не досягне точки насичення d, але в негативному напрямку, крива простежує шлях cd. Величина H зводиться до нуля H = 0, а крива отримує шлях де, де oe — залишковий магнетизм, коли крива знаходиться в негативному напрямку.

Положення перемикача знову змінено на 1З положення 2 і струму в соленоїді знову збільшується, як це зроблено в процесі намагнічування і завдяки цьому H збільшується в позитивному напрямку, простежуючи шлях як efa, і, нарешті, петля гістерезису завершується. У кривій знову йде сила намагнічування, також відома як коерцитивна сила, необхідна для видалення залишкового магнетизму oe.

Тут загальна коерцитивна сила, необхідна для протираннявід залишкового магнетизму в один повний цикл позначають пор. З наведеного вище обговорення ясно, що щільність потоку B завжди відстає від сили намагнічування H. Звідси й цикл «Abcdefa» називається Магнітна петля гістерезису або Крива гістерезису.

Магнітний гістерезис призводить до розсіюваннявитрачається енергія у вигляді тепла. Витрачена енергія пропорційна площі петлі магнітного гістерезису. Головним чином існують два типи магнітного матеріалу, м’який магнітний матеріал і жорсткий магнітний матеріал.

М’який магнітний матеріал

М’який магнітний матеріал має вузьку петлю магнітного гістерезису, як показано на малюнку нижче, який має невелику кількість розсіяної енергії. Вони складаються з матеріалу, як залізо, кремнієва сталь тощо.

Петля м’якого магнітного матеріалу

  • Він використовується в пристроях, які вимагають змінного магнітного поля.
  • Він має низьку коерцитивність
  • Низька намагніченість
  • Низька ретенційність

Твердий магнітний матеріал

Твердий магнітний матеріал має більш широку петлю гістерезису, як показано на малюнку нижче, і призводить до великої кількості дисипації енергії, і процес демагнітизації є більш важким.

Петля жорсткого магнітного матеріалу

  • Він має високу ретенційність
  • Висока коерцитивність
  • Висока насиченість

Застосування магнітного гістерезису

  • Магнітний матеріал, що має ширшу петлю гістерезису, використовується в таких пристроях, як магнітна стрічка, жорсткий диск, кредитні картки, аудіозаписи, оскільки його пам’ять не легко стирається.
  • Магнітні матеріали, що мають вузьку петлю гістерезису, використовуються в якості електромагнітів, соленоїдів, трансформаторів і реле, які вимагають мінімального розсіювання енергії.

Петля гістерезису і її застосування в магнітного запису

В тій чи іншій мірі всі речовини маютьмагнітними властивостями, однак, ті з них, які відносяться до класу ферромагнетиков, володіють власною структурою, що дозволяє утримувати спрямоване поле. Це якість широко застосовується для запису інформації на шари, поверхня яких можна орієнтувати, створюючи «запам’ятовування». Під час намагнічування використовується фізичне явище, яке можна описати словом «запізнювання». Графічно його зображує так звана петля гістерезису.

Ферромагнетики мають здатність намагнічуватисямимовільно, в їх молекулярній структурі присутні домени, тобто вогнища намагнічування, однак, різноспрямованість силових ліній взаємно компенсує їх дію, і тому шматок звичайного заліза або нікелю власного магнітного поля не створює.

Для того щоб ферромагнетик став магнітом,магнітні поля доменів потрібно зорієнтувати в одному напрямку, для чого їх потрібно піддати зовнішньому польовому впливу, під час якого і проявляється петля гістерезису.

Збільшення інтенсивності магнітного поля навколоферомагнетика призводить до орієнтації раніше хаотичних доменів, і створення ними власного спрямованого поля, при цьому графік залежності цих двох параметрів має верхню точку насичення, в якій матеріал стає монодоменного. При створенні поле зворотного напрямку можна досягти нижньої точки насичення, але лінія діаграми не повторюватиме прямого його ходу, а буде зміщена назад, так як для переорієнтації доменів потрібна додаткова енергія. Петля гістерезису — це графічно виражена петля неоднозначності значень напруженості щодо індукції в прямому і зворотному напрямках.

Власне, багато механічні процеси такожхарактеризуються запізненням, пов’язаним зі зміною напрямку впливу на протилежне. Наприклад, при пружних деформаціях тіла також змінюють свої розміри неоднозначно, а їх графіки — та ж петля гістерезису. Інерційність властива будь-яким фізичним процесам.

Властивість ферромагнетиков зберігати свою намагніченість є основою принципу магнітного запису.

У перших магнітофонах як носійвикористовувався залізний дріт, яка, проходячи повз записуючої головки, що представляє собою котушку індуктивності, намагнічуватися в залежності від інтенсивності створюваного нею поля. Потім, у міру вдосконалення апаратури, стали використовувати стрічку з нанесеним на неї шаром порошкового речовини, що володіє більш сильними магнітними властивостями, однак, загальний принцип залишився незмінним. Петля гістерезису феромагнетика створює умови для збереження записаної на цей матеріал інформації.

Побутові магнітофони в наші дні практично незастосовуються, однак, це не означає, що принцип їх роботи втратив своє значення. У сучасних комп’ютерах для накопичення інформації на жорстких дисках використовується той же принцип магнітної реєстрації, в основі якого лежить петля гістерезису.

Гістерезис — значення слова, визначення слова, слово означає


Гістерезис (від греч. (грецький) hysteresis — відставання, запізнювання), явище, яке полягає в тому, що фізична величина, що характеризує стан тіла (наприклад, намагніченість), неоднозначно залежить від фізичні величини, що характеризує зовнішні умови (наприклад, магнітного поля). Р. спостерігається в тих випадках, коли стан тіла в даний момент часу визначається зовнішніми умовами не лише в той же, але і в передуючих моменти часу. Неоднозначна залежність величин спостерігається в будь-яких процесах, т.к. для зміни стану тіла завжди потрібний певний час (час релаксації ) і реакція тіла відстає від зухвалих її причин. Таке відставання тим менше, чим повільніше змінюються зовнішні умови Проте для деяких процесів відставання при уповільненні зміни зовнішніх умов не зменшується. У цих випадках неоднозначну залежність величин називається гістерезисною, а само явище — Р.

  Р. спостерігається в різних речовинах і при різних фізичних процесах. Найбільший інтерес представляють: магнітний Р. , діелектричний Р. і пружний Р.

  Магнітний Р. спостерігається в магнітних матеріалах, наприклад в феромагнетиках . Основною особливістю феромагнетиків є наявність спонтанної (мимовільною) намагніченості. Зазвичай феромагнетик намагнічений не однорідно, а розбитий на домени — області однорідної спонтанної намагніченості, в яких величина намагніченості (магнітного моменту одиниці об’єму) однакова, а напрями різні. Під дією зовнішнього магнітного поля число і розміри доменів, намагнічених по полю, збільшуються за рахунок ін. доменів. Крім того, магнітні моменти окремих доменів можуть повертатися по полю. У результаті магнітний момент зразка збільшується.

  На мал. 1 змальована залежність магнітного моменту М-коду феромагнітного зразка від напруженості Н зовнішнього магнітного поля (крива намагнічення). У досить сильному магнітному полі зразок намагнічується до насичення (при подальшому збільшенні поля значення М-код практично не змінюється, крапка А). При цьому зразок складається з одного домена з магнітним моментом насичення M s , направленим по полю. При зменшенні напруженості зовнішнього магнітного поля Н магнітний момент зразка М-коду зменшуватиметься по кривій I переважно за рахунок виникнення і зростання доменів з магнітним моментом, направленим проти поля. Зростання доменів обумовлене рухом доменних стінок. Цей рух утруднений із-за наявності в зразку різних дефектів (домішок, неоднородностей і т.п.) які закріплюють доменні стінки в деяких положеннях; потрібні досить сильні магнітні поля для того, щоб їх зрушити. Тому при зменшенні поля Н до нуля в зразка зберігається т.з. залишковий магнітний момент M r (точка В ).

  Зразок повністю розмагнічується лише в досить сильному полі протилежного напряму, званому коерцитівним полем ( коерцитівной силою ) Н з (крапка З). При подальшому збільшенні магнітного поля зворотного напряму зразок знов намагнічується уздовж поля до насичення (точка D ). Перемагнічування зразка (з точки D в точку А ) відбувається по кривій II . Т. о., при циклічній зміні поля крива, що характеризує зміну магнітного моменту зразка, утворює петлю магнітного Г. Еслі поле Н циклічно змінювати в таких межах, що намагніченість насичення не досягається, то виходить негранична петля магнітного Р. (крива III ). Зменшуючи амплітуду зміни поля Н до нуля, можна зразок повністю розмагнітити (прийти в крапку Про). Намагнічення зразка з крапки Про відбувається по кривій IV .

  При магнітному Р. одному і тому ж значенню напруженості зовнішнього магнітного поля Н відповідають різні значення магнітного моменту М-коду . Ця неоднозначність обумовлена впливом станів зразка, передуючих даному (тобто магнітною передісторією зразка).

  Вигляд і розміри петлі магнітного Р., величина Н з в різних феромагнетиках можуть мінятися в широких межах. Наприклад, в чистому залізі Н з = 1 е , в сплаві магнико Н з = 580 е. На петлю магнітного Р. сильно впливає обробка матеріалу, при якій змінюється число дефектів ( мал. 2 ).

  Площа петлі магнітного Р. дорівнює енергії, що втрачається в зразку за один цикл зміни поля. Ця енергія йде, кінець кінцем, на нагрівання зразка. Такі втрати енергії називаються гістерезисними. У тих випадках, коли втрати на Р. небажані (наприклад, в сердечниках трансформаторів, в статорах і роторах електричних машин), застосовують магнітномягкие матеріали, що володіють малим Н з і малою площею петлі Г. Для виготовлення постійних магнітів, навпаки, потрібні магнітножесткие матеріали з великим Н з .

  Із зростанням частоти змінного магнітного поля (числа циклів перемагнічування в одиницю часу) до гістерезисних втрат додаються ін. втрати, пов’язані з вихровими струмами і магнітною в’язкістю . Відповідно площу петли Р. при високих частотах збільшується. Таку петлю інколи називають динамічною петлею, на відміну від описаної вище статичної петлі.

  Від магнітного моменту залежать багато ін. властивості феромагнетика, наприклад електричний опір, механічна деформація. Зміну магнітного моменту викликає зміна і цих властивостей. Відповідно спостерігається, наприклад, гальваномагнітний Р., магнітострикційний Р.

  Діелектричний Р. спостерігається зазвичай в сегнетоелектріках, наприклад титанаті барії. Залежність поляризації Р від напруженості електричного поля Е в сегнетоелектріках ( мал. 3 ) подібна до залежності М-коду від Н у феромагнетиках і пояснюється наявністю спонтанної електричної поляризації, електричних доменів і трудністю перебудови доменної структури. Гістерезисні втрати складають велику частину діелектричних втрат в сегнетоелектріках.

  Оскільки з поляризацією пов’язані ін. характеристики сегнетоелектріков, наприклад деформація, то з діелектричним Р. зв’язані ін. види Р., наприклад п’єзоелектричний Р. ( мал. 4 ), Р. електрооптичного ефекту . В деяких випадках спостерігаються подвійні петлі діелектричного Р. ( мал. 5 ). Це пояснюється тим, що під впливом електричного поля в зразку відбувається фазовий перехід з перебудовою кристалічної структури. Такого роду діелектричний Р. тісно пов’язаний з Р. при фазових переходах.

  Пружний Р., тобто гістерезисна залежність деформації і від механічної напруги s , спостерігається в будь-яких реальних матеріалах при чималій напрузі ( мал. 6 ). Пружний Р. виникає всякий раз, коли має місце пластична (непружна) деформація (див. Пластичність ). Пластична деформація обумовлена переміщенням дефектів, наприклад дислокацій, завжди присутніх в реальних матеріалах. Домішки, включення і ін. дефекти, а також сама кристалічна решітка прагнуть утримати дислокацію в певних положеннях в кристалі. Тому потрібна напруга достатньої величини, щоб зрушити дислокацію. Механічна обробка і введення домішок приводять до закріпленню дислокацій, внаслідок чого відбувається зміцнення матеріалу, пластична деформація і пружний Р. спостерігаються при великій напрузі. Енергія, що втрачається в зразку за один цикл, йде кінець кінцем на нагрівання зразка. Втрати на пружний Р. дають вклад в внутрішнє тертя . В разі пружних деформацій, окрім гістерезисних, є і ін. втрати, наприклад обумовлені в’язкістю . Величина цих втрат, на відміну від гістерезисних, залежить від частоти зміни s (або і ). Інколи поняття «Пружний Г.» уживається ширше — говорять про динамічну петлю пружного Р., що включає всі втрати на даній частоті.

  Літ.: Киренський Л. Ст, Магнетизм, 2 видавництва, М., 1967; Вонсовський С. Ст, Сучасне вчення про магнетизм, М. — Л., 1952; Бозорт Р., Феромагнетизм, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1956; Іона Ф., Ширане Д., Сегнетоелектрічеськие кристали, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Пісникують Ст С., Внутрішнє тертя в металах, М., 1969; Фізичний енциклопедичний словник, т. 1, М., 1960.

  А. П. Льованюк, Д. Р. Санников.

Мал. 2. Вплив механічної і термічної обробки на форму петлі магнітного гістерезису пермалоя: 1 — після наклепання; 2 — після відпалу; 3 — крива м’якого заліза (для порівняння).

Мал. 5. Подвійна петля діелектричного гістерезису.

Мал. 6. Петля пружного гістерезису: s — механічна напруга; u — деформація.

Мал. 1. Петливши магнітного гістерезису для феромагнетика: Н — напруженість магнітного поля; М-код — магнітний момент зразка; Н з — коерцитівноє поле; M r — залишковий магнітний момент; M s — магнітний момент насичення. Пунктиром показана негранична петля гістерезису. Схематично приведена доменна структура зразка для деяких точок петлі.

Мал. 3. Петля діелектричного гістерезису в сегнетоелектріке: Р — поляризація зразка; Е — напруженість електричного поля.

Мал. 4. Петля гістерезису зворотного п’єзоелектричного ефекту в титанаті барії: U — деформація: Е — напруженість електричного поля.

Реферат з фізики 9 клас на тему: Що таке петля гістерезису і як вона пов’язана з намагнічуванням і перемагнічуванням

15.05.2021 12:26

    
rating — | no usr.


 © Поліанна М

В осерді будь-якого електромагніту після виключення струму завжди зберігається частина магнітних властивостей, звана залишковим магнетизмом. Величина залишкового магнетизму залежить від властивостей матеріалу сердечника і досягає більшого значення у загартованої сталі та меншого у м`якого заліза.

Однак, як би не було м`яким залізо, залишковий магнетизм все ж буде надавати певний вплив в тому випадку, якщо за умовами роботи приладу необхідно перемагнічувати його сердечника. Тобто при розмагнічуванні до нуля і намагнічуванні в протилежному напрямку.

Дійсно, при кожній зміні напрямку струму в обмотці електромагніту необхідно (завдяки наявності в осерді залишкового магнетизму) спочатку розмагнітити сердечник, і тільки після цього він може бути намагнічений в новому напрямку. Для цього буде потрібно якийсь магнітний потік протилежного напрямку.

Інакше кажучи, зміна намагнічування сердечника (магнітна індукція) завжди відстає від відповідних змін магнітного потоку (напруженості магнітного поля), створюваного обмоткою.

Це відставання магнітної індукції від напруженості магнітного поля носить назву гістерезис (в перекладі з грецького означає «відставання»). При кожному новому намагнічуванні сердечника для знищення його залишкового магнетизму доводиться діяти на сердечник магнітним потоком протилежного напрямку.

Практично це буде означати витрату якоїсь частини електричної енергії на подолання коерцитивної сили, що утрудняє поворот молекулярних магнітиків в нове положення. Витрачена на це енергія виділяється в залізі у вигляді тепла і представляє втрати на перемагнічування, або, як кажуть, втрати на гістерезис.

Виходячи зі сказаного, залізо, схильне в тому чи іншому приладі з безперервним перемагнічуванням (сердечники якорів генераторів і електродвигунів, сердечники трансформаторів), потрібно вибиратися завжди м`яке, з дуже невеликою коерцитивної силою. Це дає можливість зменшити втрати на гістерезис і тим самим підвищити коефіцієнт корисної дії електричної машини або приладу.

Петля гістерезису – це крива, що зображує даний хід залежності намагнічування від напруженості зовнішнього поля. Чим більше площа петлі гістерезису, тим більшу роботу на перемагнічування треба затратити і тим нижчий у електричної машини буде ККД.

Запрошуємо школярів підписатися на канал youtube «Готові Домашні Завдання (ГДЗ): Фізика»:

Перейти до ГДЗ на YouTube

___________

Шкільний реферат з фізики для учнів 9 класу на тему «Що таке петля гістерезису і як вона пов’язана з намагнічуванням і перемагнічуванням». Бажаю отримати 12 балів за повідомлення, есе, доповідь, реферат та проєкт в цілому.


Поліанна М цікавиться


Що таке петля гістерези

Гістерезис — це властивість біологічних, фізичних та інших систем, в яких миттєвий відгук на вплив залежить від їх поточного стану, а на інтервалі часу поведінка системи визначається її передісторією. Петлею гістерезису називається графік, що демонструє цю властивість.

Наявність гострокутної петлі на графіку обумовлюється неоднаковістю траєкторій між сусідніми відстанями, а також ефектом «насичення». Гістерезу часто плутають з інерційністю, однак це не одне й те саме. Інерційність — це така модель поведінки, яка позначає постійний, однорідний і монотонний опір системи змінам її стану.

Гістереза у фізиці

У фізиці ця властивість систем представлена трьома основними різновидами: магнітною, сегнетоелектричною і пружною гістерезисом.

Магнітна гістерезис — явище, яке відображає залежність вектора напруженості магнітного поля і вектора намагнічування в речовині. Причому як від доданого зовнішнього поля, так і від передісторії конкретного зразка. Існування постійних магнітів обумовлюється саме цим явищем.

Модель петлі являє собою певний цикл, який деякі властивості відправляє на повторну перевірку і узгодження, а деякі використовує далі. Виборчий характер залежить від властивостей конкретної системи.

Сегнетоелектрична гістерезис — змінюється залежність поляризації сегнетоелектриків від циклічної зміни зовнішнього електричного поля. Пружна гістереза — поведінка пружних матеріалів, здатних зберігати і втрачати деформацію під впливом великих тисків. Це явище обумовлює анізотропію механічних характеристик і високі механічні якості кованих виробів.

Гістереза в електроніці

В електротехніці та електроніці властивістю гістерезису користуються пристрої, які використовують різні магнітні взаємодії. Наприклад, магнітні носії інформації або тригер Шмітта. Ця властивість необхідно знати, щоб використовувати її для придушення шумів у момент перемикання певних логічних сигналів (дребезу контактів, швидких коливань).

Пружна гістереза буває двох видів: динамічний і статичний. У першому випадку графік буде зображати постійно змінювану петлю, у другому — рівномірну.

У всіх приладах електронного типу спостерігається теплова гістереза. Після того як прилад був нагрітий, а потім охолоджений, його характеристики не приймають колишнього значення. Це відбувається через те, що неоднакове теплове розширення корпусів мікросхем, кристалодержателей, друкованих плат і кристалів напівпровідників викликає механічне напруження, що зберігається і після охолодження. Найбільш помітно це явище в прецизійних джерелах опорної напруги, які використовуються у вимірювальних перетворювачах.

Петля гистерезиса — обзор

3.1 Определения и измерения

Намагниченность M : магнитный момент на единицу объема, векторная величина величиной M .

Петля гистерезиса : график зависимости намагниченности M от магнитного поля H (рис. 5). Это многозначная функция, зависящая от последовательности, в которой применяется изменяющееся во времени поле. На рисунке предполагается, что измерение производится, начиная с очень большого поля в любом направлении.

Рис. 5. Схема петли гистерезиса (по Хоагленду и Монсону, 1991 г.).

Намагниченность насыщения M s : собственно, намагниченность однородно намагниченной области (домена) в однородной магнитной среде. Это внутреннее свойство, функция температуры и слабо зависящее от магнитного поля и напряжения. На практике M s также используется для намагничивания M любого (не обязательно однородного) магнитного материала в большом приложенном поле.

Остаточная намагниченность (или остаточная намагниченность) M r : намагничивание магнитного объекта, которое остается после намагничивания в большом приложенном поле, которое впоследствии удаляется. Реманентность — это внешняя величина, которая зависит от микроструктуры, формы и фазы луны (этот последний фактор предназначен для обозначения разочарования экспериментатора иногда кажущимися случайными колебаниями в результатах очень тщательно контролируемых измерений). Связанная величина, наиболее значимая для магнитной записи, особенно с тонкими носителями, — это произведение остаточной намагниченности и толщины M r t . Эта величина определяет магнитный момент, связанный с битовой ячейкой заданного размера, и, следовательно, способность ее обнаруживать. M r t образца известной площади можно точно измерить в VSM, даже если M r и t определены плохо.

Кривая остаточной намагниченности M r ( H ): график последовательности конечных значений M , достигнутых при циклическом изменении образца следующим образом: насыщение большим приложенным полем; применение реверсивного поля H , которое затем обнуляется; повторное насыщение; и повторение с другим реверсивным полем. На этой кривой остаточная намагниченность, как определено выше, составляет M r (0).

Кривую остаточной намагниченности образца можно измерить напрямую, например, в VSM, следуя этой процедуре, которая требует много времени. Достаточное приближение может быть построено из петли гистерезиса путем рисования линий с наклоном петли на остаточной силе от петли с несколькими значениями реверсивного поля до оси M и привязки к каждому значению поля значения М на пересечении с осью.

Кривая остаточной намагниченности носителя записи также может быть измерена неразрушающим методом на спиннинге путем измерения выходного напряжения ненасыщающих переходов.

Коэрцитивная сила H c : значение обратного приложенного магнитного поля, необходимого для уменьшения намагниченности с остаточной намагниченности до нуля в присутствии реверсивного поля.

Остаточная коэрцитивность H cr : значение обратного приложенного магнитного поля, необходимого для уменьшения намагниченности с остаточной намагниченности до нуля после выключения реверсивного поля.

Прямоугольник : мера степени, в которой форма петли гистерезиса аппроксимируется прямоугольником. Обычно используются две меры прямоугольности: остаточная прямоугольность S = M r / M s , которая измеряет, насколько близки верхняя и нижняя дорожки петли к горизонтали; и коэрцитивная прямоугольность S * (см. рис.5), который измеряет, насколько близка касательная к петле в точке H c к вертикали.

Энергия анизотропии : энергия, связанная с направлением вектора намагниченности M относительно заданного набора осей. Энергия связана с формой магнита и его кристаллической структурой. В эллипсоидном теле энергия анизотропии формы (внешняя) минимальна, когда M лежит вдоль самой длинной главной оси, и выше, когда она лежит вдоль любого другого направления (например, намагниченность магнитной иглы имеет тенденцию выравниваться вдоль иглы, не поперёк).Энергия магнитокристаллической анизотропии (собственная) K a — это энергия на единицу объема, связанная с направлением M относительно осей кристалла. Например, в одноосном кристалле, таком как кобальт, K a = K sin 2 ϕ, где K — константа анизотропии, а ϕ — угол относительно оси c.

Поле анизотропии H k : магнитное поле, которое представляет собой магнитокристаллическую анизотропию в форме K a = −M · H k .В одноосном кристалле величина H k равна (2 K / M s ) sin 2ϕ.

Магнитострикция : деформация магнитного образца при изменении его намагниченности M и, наоборот, влияние деформации на M . Обменная энергия и энергия дипольного взаимодействия атомных магнитов на кристаллической решетке зависит от их ориентации, а также от длин связей и валентных углов. Эта энергия может быть представлена ​​как магнитоупругая постоянная, внутреннее свойство материала, умноженное на произведение тензора деформации и направляющих косинусов M .Равновесная ориентация и деформация минимизируют сумму линейной магнитоупругой энергии и квадратичной по деформации упругой энергии (см. Также Магнитоупругие явления ).

Магнитная вязкость S : мера термически активированной скорости затухания намагниченности M . Экспериментально установлено, что намагниченность намагниченного тела логарифмически спадает в широком диапазоне времени: M ( t ) = M (0) — S log t .Такое поведение считается суммированием экспоненциальных распадов типа Аррениуса в типичном диапазоне энергетических барьеров. Вязкость S — это свойство магнитного материала, которое является функцией температуры и приложенного реверсивного поля, и обычно она максимальна, когда реверсивное поле равно коэрцитивной силе (см. Магнитная вязкость ).

Размер зерен и распределение по размерам : наиболее широко используемыми носителями для записи на жестких дисках являются поликристаллические пленки, достаточно тонкие, чтобы состоять из одного слоя зерен.Отдельные зерна этих пленок слишком малы, чтобы поддерживать магнитные доменные стенки, и поэтому намагничены приблизительно однородно. Для измерения размера зерна можно использовать просвечивающую или сканирующую электронную микроскопию. Распределение размеров зерен может влиять на распределение поля переключения и термическую стабильность.

Межгранулярные взаимодействия, графики Хенкеля и δ M : размер зерна устанавливает конечный предел для коммутационного блока и, следовательно, плотности хранения.Однако межгранулярные взаимодействия могут влиять на переключение соседних зерен и вносить вклад в средний шум. Межгранулярное обменное взаимодействие может приводить к образованию кластеров зерен; диполярные взаимодействия могут способствовать параллельности (в продольных средах) и антипараллельности (в перпендикулярных средах) соседних зерен.

Измерение межзеренной связи может быть получено с помощью графика Хенкеля или эквивалентной кривой δ M . График Хенкеля построен путем получения кривой, названной изотермической остаточной намагниченностью M ri ( H ).Эта кривая измеряется той же процедурой, что и M r ( H ), описанном выше (в этом контексте иногда обозначается M rd ( H )), за исключением того, что теперь начальной точкой каждого цикла является ac размагничивания, при M ri (0) = 0. Легко видеть, что теперь, поскольку изначально половина коммутационных блоков уже находится в направлении, предпочтительном для реверсивного поля, только половина из них будет реверсировать с каждым шагом поля. Таким образом, можно ожидать, что M rd ( H ) = M ri (∞) –2 M ri ( H ).Это соотношение, однако, справедливо только для невзаимодействующих коммутационных блоков, а отклонения указывают на наличие межкристаллитной связи. Традиционная форма представления отклонений — график Хенкеля, M rd ( H ) / M ri (∞) = 1-2 M ri ( H ) / M ri (∞) + δ M ( H ), с δ M положительно для взаимодействий, благоприятствующих параллелизму, отрицательно для антипараллельности.

Измерение может быть выполнено на образце среды в VSM или неразрушающим способом на спиновой стойке путем измерения выходных напряжений от переходов, записанных на среде в насыщенном и переменном токе. размагниченные состояния.

Распределение коммутационного поля (SFD) : доля средней намагниченности, измененная на приращение диапазона реверсивного поля δ M / δ H . Это функция H с максимумом на H c или около него.SFD также иногда определяют как диапазон реверсивного поля, необходимый для уменьшения намагниченности изначально насыщенной среды с M r /2 до — M r /2. SFD можно определить по кривой остаточной намагниченности. Это также было измерено путем сравнения изображений MFM и подсчета событий переключения.

Зависимость измерений от времени : результат измерения может зависеть от шкалы времени, в которой выполняется измерение. Петля гистерезиса образца обычно измеряется на VSM по шкале времени в минутах или часах или на трассировщике петли B H в шкале времени, обычно составляющей десятки миллисекунд.Перемагничивание при записи записывающих переходов происходит за наносекунды. Как упоминалось ранее, реакция среды на магнитное поле не мгновенная. В частности, коэрцитивная сила среды зависит от шкалы времени измерения, что приводит к концепции динамической коэрцитивной силы, которая увеличивается с увеличением скорости приложения поля. Была разработана феноменологическая теория, которая довольно успешно объясняет такие эффекты (Sharrock and Flanders 1990).

Коэффициент ориентации : желательно, чтобы в некоторых средах магнитные свойства вдоль дорожки отличались от магнитных свойств вдоль дорожки.Для ленты коэрцитивная сила вдоль ленты может быть больше, чем у нее, а для дисков круговая (направление записи) коэрцитивная сила может быть больше, чем радиальная коэрцитивность на десятки процентов. Это явление заложено в материале во время производства и может контролироваться условиями осаждения, особенно углом падения и приложенными магнитными полями, или анизотропией в подложке, особенно микроцарапанием. Традиционной мерой этого является отношение макроскопически измеренной записи к коэрцитивным силам между треками.

Магнитный гистерезис — Engineering LibreTexts

Магнитный гистерезис , иначе известный как петля гистерезиса , представляет собой представление силы намагничивания (H) в зависимости от плотности магнитного потока (B) ферромагнитного материала. Кривизна гистерезиса характерна для типа наблюдаемого материала и может различаться по размеру и форме (то есть узкая или широкая). Петля может быть создана с помощью датчика Холла для измерения величины магнитного поля в различных точках — в присутствии магнитного поля, когда оно удаляется из магнитного поля и когда прикладывается сила, приводящая к магнитному полю. поток обратно к нулю.Эти петли важны для емкости памяти устройств для аудиозаписи или магнитного хранения данных на дисках компьютера.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): б). Эти дипольные моменты настолько упорядочены, что при удалении от магнитного поля остается некоторая остаточная намагниченность. Чтобы уменьшить магнитный поток обратно до нуля, необходимо применить коэрцитивную силу, при которой дипольные моменты компенсируют друг друга. Таким образом, эта петля гистерезиса суммирует путь, который проходит ферромагнитный материал от добавления и удаления намагничивающей силы.

Структура петли гистерезиса

Петли гистерезиса начинаются в начальной точке (H = 0), в которой ее магнитные дипольные моменты дезориентированы, а материал изображает парамагнетизм. Когда к материалу добавляется намагничивающая сила (H), он следует по пути до точки насыщения (+ Hs). В этот момент все магнитные дипольные моменты выровнены в направлении силы намагничивания, и магнитный поток больше не увеличивается. Когда H уменьшается до нуля, остается некоторая остаточная намагниченность; эта точка известна как точка удержания (+ Br).Чтобы удалить эту остаточную намагниченность, коэрцитивная сила намагничивания применяется в обратном направлении. Точка, в которой больше нет магнитного потока (B = 0) из-за компенсации дипольных моментов, действующих в противоположных направлениях, известна как точка коэрцитивности (-Hc). Когда сила намагничивания увеличивается в отрицательном направлении, происходит такое же насыщение, как и раньше, но в противоположном направлении (-Hs). Цикл продолжается с равной, но противоположной точкой удерживания (-Br) и точкой коэрцитивности (+ Hc) до исходной точки насыщения (+ Hs).На рисунке 2 изображена петля гистерезиса полного цикла, в которой точки a и d представляют собой +/- Hs, точки b и e представляют собой +/- Br, а точки c и f представляют собой +/- Hc. Спины магнитного диполя в этих соответствующих точках можно увидеть на Фигуре 3, где спины сначала дезориентируются, затем выравниваются с магнитным полем и, наконец, не выравниваются, пока моменты не уравняются друг с другом, чтобы не создавать чистый магнитный момент. Также обратите внимание, что кривая никогда не возвращается в начало координат (B и H = 0). Чтобы вернуться к этому моменту, материал необходимо размагнитить (т.е.е. вернуться к парамагнитному поведению), ударяя материалом о поверхность, изменяя направление намагничивающего поля на обратное или нагревая его до температуры Нееля. При этой температуре ферромагнитный материал становится парамагнитным из-за тепловых флуктуаций магнитных дипольных моментов, которые дезориентируют спины.

Вариации петель гистерезиса

Таблица 1. Температура насыщения ферромагнитных материалов Fe, Co и Ni при 0 К.
Металл Hs [А / м]
Fe 1.75 х 10 6
Co 1,45 x 10 6
Ni 0,51 х 10 6

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \):.

Важность петель гистерезиса

Петли гистерезиса важны при создании нескольких электрических устройств, которые подвержены быстрому изменению магнетизма или требуют хранения в памяти. Магнитомягкие материалы (т.е.те, которые имеют меньшие и более узкие области гистерезиса) и их быстрое изменение магнетизма полезны в электрическом оборудовании, которое требует минимального рассеивания энергии. Трансформаторы и сердечники, используемые в электродвигателях, получают выгоду от использования этих материалов, поскольку они теряют меньше энергии в виде тепла. Твердые магнитные материалы (т. Е. Петли с большей площадью) имеют гораздо более высокую удерживающую способность и коэрцитивную силу. Это приводит к более высокой остаточной намагниченности, полезной в постоянных магнитах, где размагничивание трудно достичь.Жесткие магнитные материалы также используются в устройствах памяти, таких как аудиозаписи, дисководы компьютеров и кредитные карты. Высокая коэрцитивная сила этих материалов не позволяет легко стереть память.

вопросов

1. Обозначьте следующую петлю гистерезиса.

2. Какими 3 способами размагнитить ферромагнитный материал?

3. Какой из этих элементов (Fe, Co, Cr, Ni) не будет создавать петлю гистерезиса? Почему?

ответов

1.а) Точка насыщения — Hs

б) Точка удержания — Br

c) Точка коэрцитивности — Hc

2. Ударьте ферромагнитным материалом о поверхность, чтобы дезориентировать магнитные дипольные моменты, изменить направление петли гистерезиса, нагреть материал выше его критической температуры.

3. Cr не создает петли гистерезиса, потому что он антиферромагнитен. Fe, Co и Ni являются ферромагнитными и поэтому создают петлю гистерезиса.

Список литературы

  1. Хаммель, Рольф Э. Электронные свойства материалов: введение для инженеров. Берлин: Springer-Verlag, 1985. Печать.
  2. Чиказуми, Сошин и К.Д. Грэм. Физика ферромагнетизма. Оксфорд: Кларедон, 1997. Печать.
  3. Раллс, Кеннет М., Томас Х. Кортни и Джон Вульф. Введение в материаловедение и инженерию. Нью-Йорк: Wiley, 1976. Печать.
  4. Бертотти, Джорджо. Гистерезис в магнетизме: для физиков, материаловедов и инженеров. Сан-Диего: Академический, 1998. Печать.

Авторы и указание авторства

  • Саманта Дрис (бакалавр материаловедения и инженерии, Калифорнийский университет в Дэвисе | июнь 2016 г.)

Гистерезис усталости

Если предел текучести превышен в выемках в конструкции, петли гистерезиса различных размеров будут проходить в точках вокруг выемок. Если нагрузка не слишком велика, достигается вытяжка, при которой петли стабилизируются во всех точках после небольшого количества циклов.Но постоянное повторение этой нагрузки, обычно от 102 до 107 циклов, должно учитывать отдельное и более долгосрочное явление усталостного повреждения.

Помимо модуля Юнга и коэффициента Пуассона, свойствами материала, необходимыми для анализа на вытяжку, являются предел текучести и жесткость после текучести. Усталостное поведение описывается другими константами материала, но они не требуются в основной фазе решения FEA.

При усталости нагрузки являются циклическими, и усталостное повреждение в определенной точке сильно зависит от диапазона напряжений, возникающих в течение данного цикла нагрузки, а не от пикового напряжения из-за экстремальных значений цикла.Каждый цикл напряжения вызывает небольшое повреждение материала, что в конечном итоге приводит к образованию трещин. Как правило, не учитывается форма каждой индивидуальной пиковой нагрузки (и соответствующее напряжение), а для последовательности различных диапазонов нагрузки не учитывается порядок, в котором прикладываются нагрузки. На рисунке 1 показана общая терминология, используемая для описания циклов нагрузки или напряжения.

Очевидно, что, хотя диапазон напряжений может быть наиболее важным фактором, определяющим усталостное повреждение, среднее значение напряжения должно иметь некоторое влияние.Однако это удобно рассматривать отдельно; основные усилия в типичном анализе усталости затрачиваются на выделение дискретных диапазонов напряжений в рамках сложного цикла нагружения, при этом среднее напряжение каждого цикла учитывается отдельно.

Усталостную долговечность черных металлов и некоторых алюминиевых сплавов можно спрогнозировать на основе следующих предположений. Для других материалов, включая чугун и другие алюминиевые сплавы, по крайней мере, некоторые из этих допущений недействительны, поэтому усталостная стойкость не всегда может быть приемлемой для таких материалов:

  1. Срок службы определяется свойствами материала, то есть предполагаемыми количествами. константа для данного материала.Их получают путем циклического нагружения или деформации образцов из указанного материала. Существует больший разброс данных по усталостной долговечности по образцам материала, чем, скажем, по жесткости. Такой разброс можно учесть, взяв среднее значение минус два стандартных отклонения срока службы или используя другие статистические методы.
  2. Для фиксированного, многократно приложенного цикла нагрузки гистерезисная кривая напряжения-деформации в любой точке не изменится, пока не начнется разрушение. Это называется циклической стабильностью.В действительности сначала может произойти затвердевание или размягчение, поэтому петля гистерезиса образца меняет форму, но это стабилизируется после нескольких циклов и является одним из аспектов поведения при вытягивании, уже описанном.
  3. Эффект памяти лежит в основе методов подсчета дальности, используемых при анализе усталости. Это означает, что любая сложная последовательность циклов нагрузки приведет к возникновению нескольких полных (замкнутых) петель гистерезиса, соответствующих каждому скачку от пика к пику. Таким образом, повреждение каждой петли связано только с размером этой петли, независимо от других петель или их относительного положения.Это объясняется более подробно ниже.

Петли гистерезиса, описанные в предыдущих статьях, использовали прямые участки, что указывает на типичные представления билинейной жесткости, используемые в FEA. Настоящие петли гистерезиса изогнуты, как показано на рисунке 3. На этом рисунке показана петля гистерезиса B-C-B, заключенная в петлю O-A-D-O.

На рисунке 2 показан цикл нагружения, в котором несколько диапазонов напряжений могут быть учтены при расчете повреждений, например, O-A, C-D и D-E.Но фактические диапазоны, выбранные для расчета повреждений, будут такими, которые вызывают замкнутые петли гистерезиса. В точке B на рисунке 2 реверсирование нагрузки вызывает запуск новой петли гистерезиса на рисунке 3. В какой-то момент между C и D на рисунке 2 петля B-C-B на рисунке 3 будет замкнута. Кривая напряжения-деформации не следует за продолжением кривой CB, показанной пунктирной линией, а вместо этого возобновляет продолжение петли A-B, пока не будет достигнута нагрузка в точке D. Это эффект памяти. Следовательно, диапазоны, которые следует учитывать при последующем расчете усталости, — это A-D и B-C.

ЗАГРУЗИТЬ ВЕРСИЮ PDF

Перейти к следующей статье базы знаний: Обзор усталости или вернуться к списку серий статей базы знаний

Петля гистерезиса

Петля гистерезиса

Далее: Домены
Up: Микромагнитные системы
Предыдущий: Микромагнитные системы
Содержание

Петля гистерезиса

Отличительной чертой магнитной системы является петля гистерезиса .Этот
традиционно представляется графически как общая намагниченность
образца против некоторого приложенного магнитного поля. Значение
приложенное поле, в котором петля пересекает нулевую намагниченность, известно
как коэрцитивное поле или , и, следовательно, представляет собой
величина приложенного поля, необходимого для обратного намагничивания
направление магнита. Остаточная намагниченность
намагниченность, которая сохраняется, когда приложенное поле уменьшается до нуля. Коэрцитивное поле т.е. приложенное поле
где общая намагниченность образца равна нулю
Коэрцитивное поле т.е. приложенное поле
где общая намагниченность образца равна нулю (
)
Остаточная намагниченность , т.е. величина
намагничивание образца при нулевом приложенном магнитном поле

Сравнение петель гистерезиса, показанных на рисунке
2.10, из мягкого и жесткого магнита можно
обратите внимание, что более мягкий магнит будет иметь узкую
петля гистерезиса, i.е. прикладное поле, необходимое для реверсирования
намагничивание относительно низкое, и жесткий магнит будет
обладают сравнительно широкой петлей гистерезиса.

Точка, в которой общая намагниченность образца больше не может
быть увеличенным (так как вся намагниченность направлена ​​полностью в один
направление) — точка насыщения или — идентифицируется
в виде плато на крайних точках приложенного поля в петле гистерезиса.
Точка насыщения i.е. величина максимально возможной намагниченности образца

Также следует отметить, что площадь под петлей гистерезиса составляет
эквивалентной энергии, которая при изменении поля на противоположное равна
превращается в тепло.

Для длительного хранения данных желательно наличие материала
с широкой петлей гистерезиса и, следовательно, большим коэрцитивным полем, так как
это затрудняет потерю указанного материала
состояние намагниченности. Узкая петля гистерезиса — характеристика
полезно для таких приложений, как записывающие головки, как в этих
временное намагничивание способствует легкому переключению между намагничиванием
состояния.Идеальные петли гистерезиса для приложений с магнитными носителями
можно увидеть на рисунке 2.11.

Рисунок 2.10:
Две типичные петли гистерезиса — левая петля показывает какой-то постоянный магнитный материал, правая петля — более мягкий магнит. Сплошная синяя линия указывает на уменьшающееся поле, пунктирная красная линия указывает на увеличивающееся поле
Рисунок 2.11:
Идеалы магнитной записи. Квадратный цикл с высокой коэрцитивностью хорош для длительного хранения данных; бесконечно узкая петля с диагональными характеристиками желательна для переключения поля, необходимого для считывающих головок в магнитных носителях

Далее: Домены
Up: Микромагнитные системы
Предыдущий: Микромагнитные системы
Содержание

Ричард Бордман
2006-11-28

Петля гистерезиса | Кривая намагничивания

Определение петли гистерезиса

Кривая или петля, построенная в координатах B-H, показывающая, как намагниченность ферромагнитного материала изменяется при воздействии периодически изменяющегося магнитного поля, известна как петля гистерезиса.

Определение гистерезиса

Гистерезис — это отставание намагниченности ферромагнитного материала от силы намагничивания H.

Используя график с координатами B-H, мы можем построить гистерезисные характеристики данного ферромагнитного материала. Такая кривая изображена на следующем рисунке и называется петлей гистерезиса. Периодически меняя намагничивающую силу, мы можем построить график изменения значений B в материале.

Фактически, петля гистерезиса представляет собой кривую B-H под действием силы намагничивания переменного тока.Значения плотности потока B показаны по вертикальной оси в теслах. Сила намагничивания H отложена по горизонтальной оси.

На рисунке выше предполагается, что образец не увеличен, а ток начинается с нуля в центре графика. Когда H положительно увеличивается, B следует по красной пунктирной кривой от начала до точки насыщения a, обозначенной B max .

Когда H уменьшается до нуля, поток следует кривой ab и падает до B r , что указывает на удерживающуюся или остаточную индукцию.Эта точка представляет количество магнитного потока, остающегося в сердечнике после снятия намагничивающей силы.

Когда H начинается в отрицательном направлении, сердечник теряет свой магнетизм, как показано на кривой от точки b до c. Величина намагничивающей силы, необходимая для полного размагничивания сердечника, называется коэрцитивной силой и обозначена на рисунке как –H c .

По мере приближения к пику отрицательного цикла поток следует за участком кривой, обозначенным cd.Точка –B max представляет насыщение в противоположном направлении от B max . От точки d значение — H уменьшается до точки e, которая соответствует нулевой намагничивающей силе. Flux –B r все еще остается в активной зоне.

Коэрцитивная сила + H c необходима для уменьшения намагниченности сердечника до нуля. Поскольку магнитная сила продолжает увеличиваться в положительном направлении, часть петли от точки f до точки a завершается.Периодическое изменение силы намагничивания заставляет магнитный поток в сердечнике неоднократно отслеживать петлю гистерезиса.

Размагничивание или размагничивание

Процесс, с помощью которого намагниченность в ферромагнитных материалах уменьшается до нуля, подвергаясь воздействию сильного переменного магнитного поля, которое постепенно уменьшается до нуля.

Чтобы размагнитить любой магнитный материал, мы должны уменьшить его остаточный магнетизм B r до нуля. Это можно сделать, подключив подходящую катушку к источнику переменного тока и поместив ее близко к объекту, подлежащему размагничиванию.Медленное перемещение катушки и объекта друг от друга приводит к постепенному уменьшению петли гистерезиса. Наконец, достигается точка, в которой контур уменьшается до нуля и остаточный магнетизм не остается.

Из петли гистерезиса мы можем сделать вывод о различных магнитных свойствах материала, таких как:

Сопротивление — Противодействие магнитной цепи прохождению через нее магнитных линий.

Сохраняемость — Способность ферромагнитного материала сохранять остаточный магнетизм называется его удерживающей способностью.

Остаточный магнетизм — Магнетизм, остающийся после удаления внешней силы намагничивания.

Коэрцитивная сила — Напряженность магнитного поля, необходимая для уменьшения остаточного магнетизма до нуля, называется коэрцитивной силой.

Проницаемость — Проницаемость — это мера легкости, с которой магнитные силовые линии проходят через данный материал.

Гистерезис и его измерение

Гистерезис можно определить как что-то, что происходит, когда физическое состояние зависит от его истории.Классическим примером гистерезиса в действии является бытовой термостат. Он имеет встроенный гистерезис для предотвращения быстрой смены циклов. Его низкие уровни включения и высокие уровни отключения предназначены для предотвращения быстрого переключения системы отопления / охлаждения, которое могло бы быстро повредить и в конечном итоге разрушить контроллеры и нагрузки.

Магнитно-мягкий материал в конечном итоге насыщается при приложении магнитного поля, достигая плотности магнитного потока насыщения. Если приложенное магнитное поле постепенно ослабевает до нуля, материал демонстрирует остаточную намагниченность.Такое поведение вызывает гистерезисное поведение. Гистерезис на кривой поведения триггера Шмитта выражен более резко. Как и в этих двух примерах, кривые гистерезиса часто напоминают параллелограмм, но не всегда. Примером может служить обычная резинка. Растягивание ремешка дает определенную длину, но ремешок показывает немного большую длину, поскольку он разгружен, потому что ремешок не полностью подчиняется закону Гука.

Во многих примерах гистерезиса графики поведения образуют петлю или кривую гистерезиса, где одна переменная имеет другое значение в зависимости от направления изменения другой.Один пример такого поведения можно найти в магнитомягких материалах; эта зависимость от истории лежит в основе памяти на жестких дисках.

Поведение гистерезиса часто делится на две категории: простой гистерезис (или гистерезис, не зависящий от скорости) и гистерезис, зависящий от скорости. Системы, демонстрирующие гистерезис, не зависящий от скорости, имеют постоянную память о прошлом, которая остается после того, как переходные процессы исчезли. Петли магнитного гистерезиса в магнитомягком материале не зависят от скорости. Напротив, гистерезис, зависящий от скорости, подразумевает динамическую задержку между входом и выходом.Если вход становится равным нулю, выход продолжает отвечать в течение конечного времени. Таким образом, память о прошлом ограничена, потому что она исчезает, когда выходной сигнал уменьшается до нуля. Фазовое отставание зависит от частоты входа и стремится к нулю при падении частоты. Примером зависящего от скорости гистерезиса является гистерезис из-за диссипативных эффектов, таких как трение.

Дребезг контактов в переключателях и шум в электрических сигналах можно уменьшить с помощью

Схема устранения дребезга, изображенная Texas Instruments.Красные линии на кривой входного сигнала триггера обозначают область гистерезиса. Здесь V T обозначает входное пороговое напряжение.

намеренно добавляет гистерезис. Примером может служить триггер Шмитта, схема компаратора, в которой гистерезис реализуется путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход. Выход сохраняет свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение выхода. Говорят, что триггер Шмитта обладает памятью, что позволяет ему функционировать как бистабильный мультивибратор, также известный как защелка или триггер.Другие приложения — это компьютерная память, релаксационные генераторы, генераторы функций и импульсные источники питания.

Зазор шестерни иллюстрирует механический гистерезис в компонентах машины. Небольшой зазор между зацепляющимися шестернями допускает потерю хода (люфт) — если вращение ведущей шестерни меняется на обратное, ведомая шестерня не начнет двигаться, пока ведущая шестерня не восстановит контакт. Цилиндрические зубчатые колеса имеют наибольший люфт, планетарные редукторы — малый люфт, а редукторы с гармонической передачей — без люфта.

Измерение качества гистерезиса обычно несложно. В качестве примера рассмотрим процедуру измерения гистерезиса магнитных сердечников, используемую в индукторах и трансформаторах. Петля магнитного гистерезиса позволяет многое узнать о таких факторах, как потери мощности в сердечнике и максимально допустимая модуляция. Более того, эти качества часто не входят в спецификации материала. Они должны быть определены для индивидуального использования, потому что форма волны, частота, рабочий цикл и другие факторы влияют на них.

Для измерения свойств сердечника сердечник должен быть намотан с двумя обмотками, считывающей и ведущей обмотками. У обоих одинаковое количество витков, обычно чем больше, тем лучше. На первую обмотку подается переменный ток интересующей частоты. Его ток I прямо пропорционален напряженности поля H. Вторая обмотка измеряет результирующее напряжение E. Затем можно рассчитать индукцию B.

При измерениях магнитной индукции сердечника используется тот факт, что генерируемый E в обмотках пропорционален изменению магнитного потока dΦ внутри сердечника: E = -N (dΦ / dt).Плотность потока равна произведению магнитной индукции на площадь поперечного сечения сердечника, Φ = B · Ac. Связь между изменением индукции и E: ΔB = (Δt · E) / (- N · Ac). Интеграция этого изменения индукции ΔB позволяет рассчитать индукцию как функцию B:

Один из подходов к измерению гистерезиса с помощью цифрового осциллографа. Здесь R мало, порядка 1 Ом, а N1 = N2, чем больше витков, тем лучше.

Современные цифровые осциллографы обычно имеют математические опции, которые включают интеграцию, которая позволяет самому осциллографу выполнять это измерение.Интегрирование вторичного напряжения дает поток в В-сек (Webers). Преобразуется в плотность потока как B = Φ / (N · Ac)

.

Для отображения кривой гистерезиса осциллограф установлен в режим X-Y с напряженностью поля H, нанесенной на ось X, и плотностью потока B на оси Y.

Наконец, последний гистерезисный эффект, который следует учитывать: одним из многих печальных последствий нынешней чумы covid-19 является рост числа безработных. К сожалению, оказывается, что структурная безработица гистерезисна.Это означает, что в лучшем случае между концом Covid-19 и полной занятостью будет значительный временной лаг. Существует множество факторов, которые могут внести большой гистерезис в уравнение рабочего места после пандемии. Например, потеря рабочих навыков значительной частью безработных или изменения в должностных инструкциях, которые приводят к устареванию ранее ценных знаний работников.

Конечно, нельзя быть уверенным, что эта мрачная оценка полностью верна. Будем надеяться, что кривая гистерезиса окажется небольшой.

Петля гистерезиса — Все производители — eTesters.com

Отображение недавних результатов 1 — 15 из 19 найденных продуктов.

  • Устройство для отслеживания петли гистерезиса

    MESA — Shb Instruments

    MESA — единственный на рынке измеритель петли гистерезиса, который может выполнять измерения в частотном диапазоне 10 Гц и ниже. Конкурирующие устройства работают с более легко генерируемыми полями возбуждения 60 Гц и могут иметь ошибки до 30% в измерениях коэрцитивной силы (Hc).

  • Тестер мягкого железа

    WP2 — MAGMESS Magnet-Messtechnik

    Компьютерный измерительный комплект для автоматического измерения петли гистерезиса магнитомягких материалов. Позволяет измерять детали различной длины и поперечного сечения.

  • Тестер магнитов

    MP — MAGMESS Magnet-Messtechnik

    Компьютерный измерительный стол для автоматического измерения петли гистерезиса магнитотвердых материалов.Используйте полюсные наконечники со встроенными измерительными катушками или окружающие катушки с J-компенсацией.

  • Гистерезисграф постоянного тока

    MATS-2010SD — Hunan Linkjoin Technology Co., Ltd.

    Автоматическое измерение базовой кривой намагничивания и петли магнитного гистерезиса в статическом состоянии магнитомягкого материала, точное измерение параметров статических магнитных характеристик, таких как начальная проницаемость µi, максимальная проницаемость µm, магнитная индукция насыщения Bs, остаточная намагниченность Br, коэрцитивная Hc и гистерезисные потери Pu

  • График гистерезиса постоянного тока

    DX-2012SD — Dexing Magnet Tech.Co., Ltd

    Автоматическое измерение базовой кривой намагничивания и петли магнитного гистерезиса в статическом состоянии магнитомягкого материала, точное измерение параметров статических магнитных характеристик, таких как начальная проницаемость µi, максимальная проницаемость µm, магнитная индукция насыщения Bs, остаточная намагниченность Br, коэрцитивная Hc и гистерезисные потери Pu .

  • Тестирование магнитов — редкоземельные элементы — AlNiCo — ферритовые магниты

    Ферриты Индия

    Испытание магнитов AlniCo, феррита, NdFeB, SmCo5, Sm2Co17 и построение их контуров B-H и MH с использованием индикаторов петель гистерезиса серии H-21 производства Ferrites India.Полная система состоит из намагничивающего устройства для намагничивания испытуемого образца, электромагнита и лупплоттера BH. Также могут быть проверены магниты с коэрсивностью 13 кЭ и более.

  • Автоматическая система проверки графика гистерезиса

    DX-4DMT — Dexing Magnet Tech. Co., Ltd

    Система автоматического гистерезиса

    X-4DMT соответствует стандартной испытательной системе постоянного магнита GB3217-92, используемой для измерения основных и второстепенных петель гистерезиса, кривых размагничивания, петель гистерезиса отдачи и кривых начального намагничивания при различных температурах феррита, AlNiCo, SmCo, NdFeB и закаленный материал, и дает магнитные параметры, Br, Hcb, Hcj, (BH) max, Hk и т. Д., И может соответствовать различным требованиям к функциям испытаний, точности, мощности, надежности, эффективности, цене, местной среде от от лаборатории до производственной линии предприятия.

  • Гистерезисграф переменного тока

    ATS-300M — Hunan Linkjoin Technology Co., Ltd.

    ATS-300M Железный сердечник Магнитные параметры Тестер применяется для измерения сердечника статора двигателя (кремнистая сталь), железного сердечника трансформатора промышленной частоты, готового трансформатора, сердечника из аморфного, ультракристаллитного и пермаллойного железа (образец с замкнутым контуром) при частоте 50 Гц и динамическая петля гистерезиса 60 Гц, кривая намагничивания и кривая потерь мощности

  • Гистерезисграф постоянного тока

    MATS-2010H — Hunan Linkjoin Technology Co., ООО

    Автоматическое измерение петли гистерезиса и кривой размагничивания материала постоянного магнита, точное измерение таких параметров магнитных характеристик, как остаточная намагниченность Br, коэрцитивная сила HcB, собственная коэрцитивная сила HcJ и максимальное произведение магнитной энергии (BH) макс.

  • Комплекты для испытаний CT PT

    Компания Chongqing Gold Mechanical & Electric Equipment Co., Ltd

    Испытания трансформатора тока: 1) Кривая возбуждения и проверка параметров 2) Проверка коэффициента трансформации 3) Проверка соотношения и фазовой погрешности 4) Проверка полярности 5) Измерение сопротивления катушки 6) Измерение нагрузки вторичного контура 7) Проверка кривой линии погрешности для защиты CT8) Проверка переходных параметров трансформатора тока 9) Предположение на паспортной табличке ТТ 10) Измерение кривой петли гистерезиса насыщения

  • Гистерезисграф переменного тока

    MATS-2010SA — Hunan Linkjoin Technology Co., ООО

    Автоматическое измерение петли гистерезиса магнитомягкого материала в динамических условиях (AC), точное измерение параметров динамических магнитных характеристик, таких как амплитудная проницаемость µa, угол потерь d, потери в железе Pc, остаточная намагниченность Br и коэрцитивная сила Hc.

  • Магнитный анализатор

    МА — Специальная научная инженерия. ООО

    Он измеряет как минимум шесть параметров петли гистерезиса: коэрцитивную силу, остаточную индукцию, магнитную проводимость, площадь петли и параметры релаксации.Он автоматически преобразует эти параметры в физические характеристики в соответствии с заданными уравнениями. Работой прибора управляет персональный компьютер, что обеспечивает полную автоматизацию измерений, сбора и обработки данных. Математический аппарат отличается необычайной гибкостью и способностью подстраиваться под любые задачи при производстве.

  • Гистерезисграф переменного тока

    MATS-2010M — Hunan Linkjoin Technology Co., ООО

    Автоматическое измерение динамической петли гистерезиса магнитомягкого материала (кремнистая сталь) при частотах 50 Гц, 60 Гц, 400 Гц и 1 кГц, точное измерение параметров динамических магнитных характеристик, таких как амплитуда магнитной проницаемости µa, угол потерь d, общие потери Ps, остаточная намагниченность Br и коэрцитивная сила Hc

  • Магнитометр с вибрационным образцом

    VSM — Dexing Magnet Tech.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *