Петля гистерезиса
Петля гистерезиса
Явление остаточного магнетизма хорошо изучено и понято. Любой металлический сердечник сохраняет однонаправленный магнетизм после пребывания в электромагнитном поле определенный период времени. Чтобы его перемагнитить, его необходимо поместить в обратное магнитное поле. Здесь происходит довольно интересное явление – интенсивность магнитной индукции не меняется во времени в момент изменения магнитного потока, что занимает определенное время. Это явление называется гистерезисом. Чтобы объяснить эту концепцию и термин «петля гистерезиса», мы должны прояснить некоторые основные понятия, связанные с магнетизмом.
Графическое отображение петли гистерезиса
Вещества и их магнитные свойства
Вещества, обладающие естественным магнетизмом, называются ферромагнетиками. Их обычно используют в качестве постоянных магнитов; их состав обычно металлический, но встречаются и ферримагнитные составы, состоящие из неметаллических элементов. Важно отметить, что естественная намагниченность существует только в определенном диапазоне температур. При достижении так называемой температуры точки Кюри весь магнетизм элемента исчезает. Разные минералы и вещества имеют разные точки Кюри.
Природный магнетизм этих веществ изучался и служил человечеству с древних времен. Например, все знают о магнитных компасах или неодимовых магнитах. Основной характеристикой этих элементов является способность генерировать собственное магнитное поле, независимое от какого-либо внешнего воздействия. Наличие некомпенсированных спиновых магнитных моментов в атомах этих минералов и их смесей является основной причиной возникновения ферромагнитных явлений. Обмен при взаимодействии электронов элемента со строго определенным соотношением диаметра орбиты атома к его оболочке и положительным интегралом энергии приводит к параллельной ориентации спинов. Ориентация этого спина обеспечивает минимальную энергию для обменных магнитных взаимодействий. Следует отметить, что антиферромагнетиками часто называют вещества с противоположными свойствами – это такие металлы, как марганец и хром.
Благодаря такому распределению возникают естественно намагниченные однонаправленные области (магнитные домены), при их включении в замкнутую сеть достигается максимальная эффективность общего магнитного поля; Однако направления соседних магнитных доменов различны, и между ними появится пограничный слой, в котором вектор намагниченности постепенно поворачивается к направлению следующего вектора магнитного домена.
Читайте также статью: Я создаю стиль, который улучшает вашу жизнь
Самый простой пример — железо. Кристаллы этого металла легче всего намагничивать в краевом направлении, поверхность имеет средний коэффициент намагничивания, а труднее всего намагничивать точки пересечения диагоналей кристалла. В отсутствие магнитного поля кристалл железа размагничивается, но под воздействием внешнего магнитного поля генерирует собственное магнитное поле. В этом случае на рост доменов влияют направление поля и структура самого кристалла. Преодоление структурных дефектов вызывает резкое увеличение собственного магнитного поля. За счет этого увеличения возникает импульс напряжения, и по мере увеличения напряженности внешнего поля вектор импульса напряжения вращается в своем направлении до тех пор, пока не будет полностью соответствовать направлению внешнего поля.
Магнитные вещества классифицируются по своим характеристикам:
- мягкий магнитный;
- Жесткий магнитный.
Магнитомягкие материалы обладают значительной коэрцитивной силой и поэтому насыщаются относительно быстро и потребляют меньше энергии. Твердые тела менее магнитны, но в то же время успешно работают, но с большими потерями энергии.
магнитное поле железа
Гистерезис и его петля
Видео: Гистерезис
Это идеальная область, где ферромагнетик полностью насыщен; при уменьшении магнитного поля в ферромагнетике сохраняется остаточная намагниченность. Сам магнитный гистерезис представляет собой отставание намагничивания компонентов в зоне действия магнитного поля из-за влияния внешних источников поля. Фактически, когда магнитный домен элемента включается в замкнутую магнитную сеть, это уменьшает диссипацию, точнее, уменьшает объем, занимаемый его магнитным полем, и уменьшает свободную энергию самой системы.
Гистерезис определяется как разница между величиной насыщения магнитного поля ферромагнитного элемента и намагниченностью замкнутого участка цепочки доменов. Для размагничивания используется отрицательное магнитное поле — коэрцитивность: процесс полного размагничивания ферромагнетика происходит при приложении отрицательного магнитного поля и достижении ферромагнетиком полного технического насыщения. Здесь на помощь приходит концепция петли гистерезиса.
Если отобразить этот процесс в виде графика, то можно увидеть, что кривая намагничивания замыкается, образуя замкнутый контур с острым углом – это и есть предельный цикл. По их объему можно узнать энергозатраты на размагничивание, так как они прямо пропорциональны. Площадь петли гистерезиса — символический объект, он используется для определения глобальных параметров магнитного поля и самой системы.
Использование явления гистерезиса
Одной из основных областей применения ферромагнитных компонентов является создание записывающих устройств. Примеры включают металлические провода в бортовых самописцах водного и воздушного транспорта, ферритовые кольца для RAM и триггеров Шмитта, а также другие магнитные носители.
На этой основе работают электродвигатели, устройства подавления шума и помех, в том числе предназначенные для переключения логических цепей.
Явление гистерезиса, а точнее его эффект, активно используется в научных исследованиях, в том числе для управления некоторыми устройствами. Графическое представление петли гистерезиса в основном используется для упрощения расчета характеристик магнитного поля и параметров системы.
Читайте также статью: Газовая колонка Нева 3208: отзывы от реальных покупателей и особенности водонагревателя
