Гістерезис магнітний: опис, властивості, практичне застосування
Буває гистерезис магнітний, сегнетоелектричних, динамічний, пружний. Він також зустрічається в біології, грунтознавстві, економіці. Причому суть у цього визначення практично однакова. Але в статті піде мова саме про магнітний, ви дізнаєтеся більш детально про це явище, від чого воно залежить і коли проявляється. Дане явище вивчається в вузах з технічною спрямованістю, в шкільну програму не входить, тому не кожен знає про нього.
Відео: Застосування електромагнітних пристроїв постійних магнітних потоків
гістерезис магнітний
Це необоротна і неоднозначна залежність показника намагніченості речовини (причому це, як правило, ферромагнетики магнітовпорядкованих) від зовнішнього магнітного поля. При цьому поле постійно змінюється - зменшується або збільшується. Загальна причина існування гістерезису - це наявність в мінімумі термодинамічного потенціалу нестабільного стану і стабільного, а також є незворотні переходи між ними. Гістерезис - це також прояв магнітного орієнтаційної фазового переходу 1-го роду. При них переходи від однієї до іншої фаз відбуваються через метастабільних станів. Характеристика - це графік, який носить назву «петля гистерезиса». Іноді ще його називають «кривої намагніченості».
петля гістерезису
На графіку залежності М від Н можна бачити:
- З нульового стану, при якому М = 0 і Н = 0, зі збільшенням Н зростає і М.
- Коли поле збільшується, то намагніченість стає практично постійною і дорівнює значенню насичення.
- При зменшенні Н відбувається зворотне зміна, але ось коли Н = 0, намагніченість М не дорівнюватиме нулю. Ця зміна можна бачити по кривій розмагнічування. І коли Н = 0, М приймає значення, рівне залишкової намагніченості.
- При збільшенні Н в інтервалі -Нт ... + Нт відбувається зміна намагніченості вздовж третьої кривої.
- Всі три криві, що описують процеси, з`єднуються і утворюють своєрідну петлю. Вона-то і описує явище гістерезису - процеси намагнічування і розмагнічування.
енергія намагнічування
Відео: Таємниці торсіонних полів.
Петля вважається несиметричною в тому випадку, коли максимуми поля Н1, які прикладаються в зворотному і прямому напрямках, не є однаковими. Вище була описана петля, яка характерна для повільного процесу перемагнічування. При них відбувається збереження квазірівноважних зв`язків між значеннями Н і М. Потрібно звернути увагу на те, що при намагнічуванні або розмагнічування відбувається відставання М від Н. І це призводить до того, що вся та енергія, яка отримується феромагнітним матеріалом під час намагнічування, віддається не повністю при проходженні циклу розмагнічування. І ось ця різниця йде вся в нагрів феромагнетика. І петля магнітного гистерезиса виявляється в цьому випадку несиметричною.
форма петлі
Залежить форма петлі від багатьох параметрів - намагніченості, напруженості поля, наявності втрат і т. д. Також чималий вплив надає і хімічний склад феромагнетика, структурний стан його, температура, характер і розподіл дефектів, наявність обробки (теплової, термомагнитной, механічної). Отже, гістерезис феромагнетиків можна змінювати, піддаючи матеріали механічній обробці. Від цього змінюються всі характеристики матеріалу.
гістерезисні втрати
Відео: Правило лівої руки. сила Ампера
Під час динамічного перемагнічування феромагнетика змінним магнітним полем спостерігаються втрати. Причому вони складають лише малу частку від повних магнітних втрат. Якщо петлі мають однакову висоту (однакове максимальне значення намагніченості М), петля динамічного виду виявляється ширше статичної. Відбувається це внаслідок того, що до всіх втрат додаються нові. Це динамічні втрати, вони зазвичай пов`язані з вихровим струмом, магнітної в`язкістю. У сумі ж виходять досить істотні втрати на гістерезис.
однодоменних ферромагнетики
Відео: Відео-огляд апарату магнітотерапії АЛМАГ-01
У тому випадку, якщо частинки мають різний розмір, протікає процес обертання. Відбувається це через те, що утворення нових доменів невигідно з енергетичної точки зору. Але процесу обертання частинок заважає анізотропія (магнітна). Вона може мати різне походження - утворюватися в самому кристалі, виникати внаслідок пружного напруги і т. Д.). Але саме за допомогою цієї анізотропії намагніченість утримується внутрішнім полем. Його ще називають ефективним полем магнітної анізотропії. І гістерезис магнітний виникає внаслідок того, що намагніченість змінюється в двох напрямках - прямому і зворотному. Під час перемагнічування однодоменних ферромагнетиков відбувається кілька стрибків. Вектор намагніченості М розгортається в сторону поля Н. Причому поворот може бути однорідною або неоднорідною.
багатодоменному ферромагнетики
У них крива намагнічування будується за подібним образу, але ось процеси протікають інші. При перемагничивании відбувається зміщення кордонів доменів. Отже, однією з причин виникнення гистерезиса може бути затримка зсувів кордонів, а також незворотні скачки. Іноді (якщо у феромагнетиків чимале поле) гистерезис магнітний визначається затримкою росту і утворення зародків перемагнічування. Саме з цих зародків утворюється доменна структура феромагнітних речовин.
теорія гістерезису
Варто враховувати, що явище магнітного гистерезиса відбувається також при обертанні поля Н, а не тільки при його зміні за знаком і величиною. Називається це гистерезисом магнітного обертання і відповідає зміні напрямку намагніченості М зі зміною напрямку поля Н. Виникнення гістерезису магнітного обертання спостерігається також при обертанні досліджуваного зразка щодо фіксованого поля Н.
Крива намагнічування характеризує також магнітну структуру домену. Структура змінюється при проходженні процесів намагнічування і перемагнічування. Зміни залежать від того, наскільки зміщуються кордону доменів, від впливів зовнішнього магнітного поля. Абсолютно все, що здатне затримати всі процеси, описані вище, переводить ферромагнетики в нестабільний стан і є причиною того, що виникає гістерезис магнітний.
Потрібно врахувати, що гістерезис залежить від безлічі параметрів. Намагніченість змінюється під впливом зовнішніх факторів - температури, пружного напруги, отже, виникає гістерезис. При цьому з`являється гістерезис не тільки намагніченості, а й усіх тих властивостей, від яких він залежить. Як можна бачити звідси, явище гістерезису можна спостерігати не тільки при намагнічуванні матеріалу, але і при інших фізичних процесах, пов`язаних прямо або побічно з ним.
