Что такое гистерезис, какие польза и вред от данного явления

Определение понятия гистерезиса: особенности, применения в котлах

Гистерезис является комплексным понятием процессов, происходящих в системах и веществах, которые способны в себе накапливать различную энергию, при этом скорость и интенсивность ее нарастания отличается от кривой ее убывания при снятии воздействия.

В переводе же с греческого языка понятие гистерезис переводится как отставание, поэтому и понимать его следует как запаздывание одного процесса по отношению к другому.

При этом совсем необязательно, чтобы эффект гистерезиса был характерен только магнитным средам.

Это свойство проявляется во многих других система и средах:

• гидравлике;
• кинематике;
• электронике;
• биологии;
• экономике.

Особенно часто используют понятие при осуществлении регулирования температурных режимов в системах отопления.

Особенности физического явления

Мы же остановимся именно на гистерезисе в электронной технике, связанным с магнитными процессами в различных веществах.

Он показывает, как себя ведет тот или другой материал в электромагнитном поле, а это тем самым позволяет строить графики зависимости и снимать какие-то показания сред, в которых находятся эти самые материалы. Например, этот эффект используется в работе терморегулятора.

Рассматривая более подробно понятие гистерезиса и эффект с ним связанный, можно заметить такую особенность. Вещество, обладающее такой особенностью, способно переходить в насыщение. То есть, это то состояние, при котором оно больше не способно накапливать в себе энергию.

Намагниченность в данном случае – это принятие магнитными моментами определенного направления. Если же они направлены хаотически, то ферромагнетик считается размагниченным. Но когда диполи направлены в одну сторону, то материал намагничен. По степени намагниченности сердечника катушки можно судить о величине магнитного поля, создаваемого током, протекающим по ней.

Физический процесс при гистерезисе

Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:

• Магнитное поле – это среда, которая создается линиями магнитной индукции, образованными током, протекающим по проводнику или созданные строго направленными магнитными моментами в постоянном магните.
• Вектор магнитной индукции – величина, указывающая направление распространения магнитного поля, обозначается большой буквой В.
• Намагниченность – состояние вещества, при котором в нем еще остались направленные магнитные диполи. В физике и электротехнике обозначается буквой М.
• Напряженность магнитного поля – величина, характеризующая разницу между В и М, обозначается буквой Н.

Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:

• железо;
• кобальт;
• никель;
• соединения на их основе.

Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.

Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.

Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1.

При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала.

Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.

После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным.

Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении.

Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.

Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.

При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.

Гистерезис в разных материалах

Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.

Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.

При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.

Что влияет на петлю гистерезиса?

Казалось бы, гистерезис – это больше внутренний эффект, который не виден на поверхности материала, но он сильно зависит не только от типа самого материала, но и от качества и вида его механической обработки.

Например, железо переходит в насыщение при напряженности равной 1 э, а сплав магнико достигает своей критической точки только при 580 э.

Чем больше дефектов на поверхности материала, тем требуется больше напряженность магнитного поля, чтобы вывести его в насыщение.

В зависимости от характера поведения ферромагнетика в среде с магнитным полем, различают статический и динамический гистерезис. Первый наблюдается при номинальной частоте напряжения, но с ее ростом площадь графика увеличивается, что приводит и к росту потерь.

Другие свойства

Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала.

Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса.

Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.

Гистерезис в отоплении

Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.

При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.

В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С.

Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях.

Источник: https://instrument.guru/elektronika/opredelenie-ponyatiya-gisterezisa-osobennosti-primeneniya-v-kotlah.html

Гистерезис

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

Основные понятия

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.

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.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4.12 (25 Голоса)

Источник: https://electroandi.ru/elektrichestvo-i-magnetizm/gisterezis.html

Петля гистерезиса

Гистерезис происходит от греческого слова, означающего запаздывание или отставание. С данным понятием связана такая физическая величина, как петля гистерезиса, определяющая одну из характеристик тела. Она определенным образом связана также и с физическими величинами, характеризующими внешние условия, такие как магнитное поле.

Общие понятия гистерезиса

Гистерезис можно наблюдать в те моменты, когда какое-либо тело в конкретный период времени будет находиться в зависимости от внешних условий. Данное состояние тела рассматривается и в предыдущее время, после чего производится сравнение и выводится определенная зависимость.

Подобная зависимость хорошо просматривается на примере человеческого тела. Чтобы изменить его состояние потребуется какой-то отрезок времени на релаксацию. Поэтому реакция тела будет всегда отставать от причин, вызвавших измененное состояние.

Данное отставание значительно уменьшается, если изменение внешних условий также будет заметься. Тем не менее, в некоторых случаях может не произойти уменьшения отставаний.

Эта физическая величина может встречаться в самых разных веществах и процессах, однако чаще всего рассматриваются понятия диэлектрического, магнитного и упругого гистерезиса.

Магнитный гистерезис как правило появляется в магнитных веществах, например, таких как ферромагнетики.

Характерной особенностью этих материалов является самопроизвольная или спонтанная неоднородная намагниченность, наглядно демонстрирующая это физическое явление.

Механизм возникновения петли гистерезиса

Сам по себе гистерезис представляет собой кривую, отображающую измененный магнитный момент вещества, на которое воздействует периодически изменяющаяся напряженность поля. Когда магнитное поле воздействует на ферромагнетики, то изменение их магнитного момента наступает не сразу, а с определенной задержкой.

В каждом ферромагнетике изначально присутствует самопроизвольная намагниченность. Сам материал включает в свой состав отдельные фрагменты, каждый из которых обладает собственным магнитным моментом. При направленности этих моментов в разные стороны, значение суммарного момента оказывается равным нулю в результате взаимной компенсации.

Если на ферромагнетик оказать воздействие магнитным полем, то все моменты, присутствующие в отдельных фрагментах (доменах) будут развернуты вдоль внешнего поля. В итоге, в материале образуется некоторый общий момент, направленный в одну сторону.

Если внешнее действие поля прекращается, то домены не все окажутся в изначальном положении. этого потребуется воздействие достаточно сильного магнитного поля, предназначенного разворота доменов. Такому развороту создают препятствия наличие примесей и неоднородность материала.

Поэтому материал имеет некоторую остаточную намагниченность, даже при отключенном внешнем поле.

снятия остаточного магнитного момента, необходимо приложение действия поля в противоположном направлении. Напряженность поля должна иметь величину, достаточную, чтобы выполнить полное размагничивание материала. Такая величина известна как коэрцитивная сила. Дальнейшее увеличение магнитного поля приведет к перемагничиванию ферромагнетика в противоположную сторону.

Когда напряженность поля достигает определенного значения, материал становится насыщенным, то есть магнитный момент больше не увеличивается. При снятии поля вновь наблюдается наличие остаточного момента, который снова можно убрать. Дальнейшее увеличение поля приводит к попаданию в точку насыщения с противоположным значением.

Таким образом, на графике появляется петля гистерезиса, начало которой приходится на нулевые значение поля и момента. В дальнейшем, первое же намагничивание выводит начало петли гистерезиса из нуля и весь процесс начинает происходить по графику замкнутой петли.

Источник: https://electric-220.ru/news/petlja_gisterezisa/2016-06-10-974

Гистерезис в электротехнике. Магнитные свойства веществ

Любой электромагнитный сердечник после действия электрического тока какое-то время сохраняет магнитное поле (остаточный магнетизм). Эта величина зависит от свойств материала, но остаточный магнетизм всегда имеется.

Чтобы перемагнитить сердечник, необходим магнитный поток обратного направления. Изменение магнитной индукции не успевает за изменением магнитного потока.

Чтобы понять всю сущность этого явления, необходимо рассмотреть способность веществ к намагничиванию.

Магнитные свойства веществ

Все вещества в окружающей нас природе в той или иной мере обладают магнитными свойствами. Еще в глубокой древности была известна удивительная способность некоторых минералов притягивать железные предметы. Среди многочисленных навигационных приборов, необходимых для прокладывания курса корабля или самолета, обязательно присутствует магнитный компас.

В точнейших измерительных приборах к числу основных деталей относятся постоянные магниты. Известно, что сильными магнитными свойствами обладает не только железо. Сюда входят кобальт, никель, сплавы на их основе и некоторые редкоземельные элементы. Все эти вещества и сплавы называют ферромагнетиками. Объединяет их способность к самопроизвольной спонтанной намагниченности.

В опыте Эйнштейна по величине закручивания при намагничивании образца было доказано, что ферромагнетизм связан со спиновыми магнитными моментами электронов. Обменное взаимодействие электронов при определенных соотношениях диаметра атома и внутренней незаполненной оболочки приводят к параллельной ориентации спинов.

Она возможна только при положительном значении интеграла обменной энергии

В конечном счете, в ферромагнетике устанавливается такая ориентация спинов, которая обеспечивает минимальное значение суммы энергий магнитного и обменного взаимодействия.

Область с однородной спонтанной намагниченностью называют доменом. Энергетически наиболее выгодно такое расположение доменов, при котором они создают замкнутую магнитную цепь.

Между соседними доменами с различным направлением намагниченности имеются переходные слои, называемые границами или стенками домена. В них происходит постепенный поворот вектора намагниченности.

В элементарной кристаллической ячейке железа ребра куба соответствуют направлению наиболее легкого намагничивания кристалла железа. Диагонали граней определяют направление среднего намагничивания.

Направление наиболее трудного намагничивания совпадает с диагоналями куба. Площадь на графике характеризует энергию магнитной анизотропии.

При отсутствии внешнего поля магнитные моменты доменов ориентированы по направлениям легкого намагничивания. В целом образец размагничен.

В слабых полях происходит рост доменов, направление намагниченности которых составляет меньший угол с направлением внешнего поля.

Этот процесс обратим. Если внешнее поле убрать, образец размагнитится. При увеличении внешнего поля происходит дальнейший рост доменов, который приостанавливается из-за дефектов кристалла. Когда поле достигает определенной величины, стенки растущих доменов скачком преодолевают препятствие. За счет этого препятствия кривая намагниченности имеет ступенчатый характер.

Скачкообразные изменения намагниченности создают в катушке соленоида импульсы напряжения. С дальнейшим увеличением поля вектор намагниченности поворачивается от оси легкого намагничивания в сторону внешнего поля, пока они не совпадут.

Гистерезис

Этот участок называют областью технического насыщения ферромагнетика, а соответствующую величину поля, полем насыщения. Если от этой величины поле уменьшить до нуля, в образце сохранится остаточное намагничивание.

Гистерезис – это явление отставания намагниченности от напряженности внешнего поля. Замыкающие домены, создавая замкнутую магнитную цепь, снижают поля рассеивания и уменьшают свободную энергию образца.

Его определяют, как разность величин магнитного насыщения ферромагнетика и намагниченности замыкающих доменов. Чтобы размагнитить образец, необходимо приложить к нему отрицательное поле, называемое коэрцитивной силой. Когда поле достигнет величины насыщения, произойдет полное перемагничивание ферромагнетика.

Гистерезисная петля для условия насыщения называется предельной петлей. Ее площадь пропорциональна потерям энергии на перемагничивание образца. Ферромагнетики намагничиваясь, изменяют свои линейные размеры. Это явление называют магнитострикцией.

Выделяются две основные группы ферромагнитных материалов:

1. Магнитотвердые.
2. Магнитомягкие.

Одно из основных требований к магнитомягким материалам – их высокая коэрцитивная сила. Магнитомягкие материалы намагничиваются до насыщения при небольших полях и имеют малые потери на перемагничивание. От этих параметров зависит потеря энергии трансформатора.

Например, в линии электропередач мощностью 100 х 106 ВА с трансформаторами на концах, ежегодные потери составляют около 5 миллионов киловатт-часов.

Одним из лучших представителей магнитомягких материалов считают пермаллой – сплав железа и никеля. Намагниченность пермаллоя в слабых полях в десятки раз превосходит намагниченность железа.

Магнитные упорядоченные структуры в некоторых веществах отличаются от магнитной структуры ферромагнетиков.

Если в железе, кобальте и никеле спиновые магнитные моменты направлены параллельно, то в хроме и марганце – антипараллельно. Такие вещества называют антиферромагнетиками.

В данном случае магнитные подрешетки с самопроизвольной намагниченностью компенсированы. Если в кристаллах вещества нет полной компенсации магнитных подрешеток, то его называют ферримагнетиком.

Феррит – один из примеров ферримагнетиков, который широко используют в технике.

Структура ферритов подобна структуре минералов шпинели, в котором ионы неферромагнитных металлов заменены ферромагнитными.

Гистерезис в электротехнике и электронике

Из многообразия примеров использования ферромагнитных материалов расскажем о применении их в запоминающих устройствах.

Для оперативного запоминания информации используют память на ферритовых кольцах. Одного ферритового сердечника достаточно для запоминания одного бита информации.

В качестве долговременных запоминающих устройств большой емкости служат специальные магнитные диски (триггеры Шмидта).

Во многих электронных устройствах существует тепловой гистерезис. Во время работы приборы нагреваются, а после охлаждения некоторые свойства уже не принимают начальные значения. При нагреве микросхемы, печатной платы, кристаллы полупроводников расширяются, появляется механическое напряжение. При охлаждении это напряжение в какой-то мере остается.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/gisterezis/

Гистерезис для инженеров. Петля гистерезиса. Прерванные процессы на петле гистерезиса. Смена направления процесса

Гистерезис для инженеров. Петля гистерезиса. Прерванные процессы на петле гистерезиса. Смена направления процесса.

Гистерезис по определению, это свойство систем, которые не сразу следуют приложенным силам. Реакция этих систем зависит от сил, действовавших ранее, то есть системы зависят от собственной истории.

Рисунок 1. Классическая петля гистерезиса.

По пунктам: казалось бы, что любая выявленная на широком интервале, аналитическая зависимость физических величин вида Y=f(X) при премещении из точки 0(условный ноль, для удобства) в точку 1 является хорошим описанием процесса но, на самом деле, некоторые процессы всегда в одну сторону идут по одной кривой, а в другую по другой ( сходясь в конечных точках) – напоминает ежедневный путь на работу и обратно верно? эти явления и получили название явлений “классического гистерезиса”, к основным из которых относят: магнитный гистерезис сегнетоэлектрический гистерезис упругий гистерезис многие другие мы же рассмотрим и явления классического гистерезиса и огромный класс явлений, которые, на первый взгляд, являются явлениями гистерезиса, но показывают совершенно самостоятельное поведение, назовем их “инженерный гистерезис” подробные описания явлений классического гистерезиса широко доступны и не являются предметом рассмотрения

Что такое “инженерный гистерезис”? В отличие от классического гистерезиса “инженерный гистерезис” обусловлен не остаточными явлениями в системе при смене направления процесса, а резким изменением свойств системы в точках начала и конца процесса (например, при срабатывании автоматики, меняющем коммутацию/геометрию/логику и др. внутри системы).

Проиллюстрируем разницу. Рисунки 2 и 3 показывают полные кривые гистерезиса для классического и инженерного гистерезисов. При движении из точки 0 в точку 1 при отличий нет. Но!

Рассмотрим вопрос о том, как ведет себя система, обладающая гистерезисом по каким-то свойствам (характеристикам) в том случае, если процесс перемещения из точки начала процесса в точку конца будет прерван где-то посередине.

Рисунок 2. Классический гистерезис. Смена направления процесса.	Рисунок 3. “Инженерный гистерезис”. Смена направления процесса.

Обратите внимание! В классическом гистерезисе смена направления процесса образует новую петлю гистерезиса. В “инженерном гистерезисе” при недостижении крайних точек процесса ничего подобного не происходит. К чему это приведет?

Рисунок 4. Прерваный процесс на петле “инженерного гистерезиса”.

Контрольный параметр Y для работы автоматики зависит от рабочего параметра Р, и на первый вид эта зависимость – гистерезис, хоть это и не так на самом деле В зависимости от того, на каком из участков процесса находится рабочая точка сейчас эта зависимость носит различный характер При аварии или обрыве питания, в зависимости от настроек работы системы “по умолчанию” для промежуточных точек между уровнями включения и выключения автоматики повторный запуск наверняка приведет к нештатным относительно контрольного параметра значениям рабочего параметра Требуется определенное внимание инженера при перезапуске процесса к тому на каком из этапов процесса произошел сбой Иногда требуются специальные решения для защиты логики системы от неверной интерпретации состояния системы Проблема особенно характерна для систем с дискретным (релейным) регулированием, но не только для них Данный процесс, строго говоря, вообще гистерезисом не является и употребление термина может вызывать недопонимание при общении с другими инженерами и, особенно, с инженерами-учеными другое прочее

Источник: https://tehtab.ru/Guide/GuideTricks/TAU/HysteresisOverview/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Геометрические характеристики сетчатых насадок.  [1]

Температурный гистерезис hm определяется как разность средних температур поверхности насадки за периоды нагрева и охлаждения. Его значение зависит от.  [2]

Температурный гистерезис также объясняется конечными величинами скоростей процессов адсорбции и десорбции продукта реакции и исходных продуктов.  [3]

Геометрические характеристики сетчатых насадок.  [4]

Температурный гистерезис hm определяется как разность средних температур поверхности насадки за периоды нагрева и охлаждения.  [5]

Температурный гистерезис однозначно указывает на то, что ииеет место переход первого рода. В случае КНрКК ширина гистерезиса составляет около 0 02 I, т.е. находится в пределах ошибок измерений.  [7]

Температурный гистерезис, показанный на фиг. Железная проволока диаметром 1 мм свертывается, как показано на фиг. На определенном критическом расстоянии цвет железной проволоки, который вначале был темнокрасным, внезапно становится ослепительно белым.  [8]

Двухполярный источник напряжения высокой точности.  [9]

Температурный гистерезис ( типовое значение) определяется измерением напряжения стабилизации при температуре 25 С после двух переходов к этой температуре от – 40 С и от 125 С.  [10]

Температурный гистерезис проницаемости ( TFji) наблюдается у многих металлических и неметаллических ферромагнетиков, в частности у марганцевоцинковых ферритов, широко используемых для изготовления сердечников катушек индуктивности.

ТГ ц может быть объяснен диффузионными процессами в районе граничных слоев, приводящими к изменению расположения магнитноактивных частиц в отпечатках стенок Блоха в процессе нагрева, выдержки и охлаждения образца.

Величинатемпературного гистерезиса Д71 7 – Г2 зависит от скорости изменения температуры.

В условиях полного термодинамического равновесия в системе, которое практически никогда не реализуется в реальных условиях эксперимента – при бесконечно медленном изменении температуры – фазовый переход мог бы иметь место при температуре Т Т0, соответствующей условию равенства потенциалов.

Структурные фазовые переходы такого типа называют переходами I рода. Более или менее случайное пересечение термодинамических функций, характерное для таких фазовых превращений, обусловливает нечувствительность свойств кристалла к тому, насколько близко он находится к точке фазового перехода.  [13]

Криваятемпературного гистерезиса, представленная на фиг.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: http://www.ngpedia.ru/id643545p1.html

Гистерезис

Навигация:
Библиотека DJVU
Photogallery
БСЭ

Статистика: Гистерезис (от греч. hysteresis – отставание, запаздывание), явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно

Рис. 2. Влияние механической и термической обработки на форму петли магнитного гистерезиса пермалоя: 1 – после наклёпа; 2 – после отжига; 3 – кривая мягкого железа (для сравнения).

зависит от физические величины, характеризующей внешние условия (например, магнитного поля). Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т.к. для изменения состояния тела всегда требуется определённое время (время релаксации) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внешние условия Однако для некоторых процессов отставание при замедлении изменения внешних условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин называется гистерезисной, а само явление – Гистерезис

  Гистерезис наблюдается в различных веществах и при разных физических процессах. Наибольший интерес представляют: магнитный Гистерезис, диэлектрический Гистерезис и упругий Гистерезис

  Магнитный Гистерезис наблюдается в магнитных материалах, например в ферромагнетиках. Основной особенностью ферромагнетиков является наличие спонтанной (самопроизвольной) намагниченности.

Обычно ферромагнетик намагничен не однородно, а разбит на домены – области однородной спонтанной намагниченности, у которых величина намагниченности (магнитного момента единицы объема) одинакова, а направления различны. Под действием внешнего магнитного поля число и размеры доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счёт др. доменов.

Кроме того, магнитные моменты отдельных доменов могут поворачиваться по полю. В результате магнитный момент образца увеличивается.

При этом образец состоит из одного домена с магнитным моментом насыщения Ms, направленным по полю. При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля Н магнитный момент образца М будет уменьшаться по кривой I преимущественно за счёт возникновения и роста доменов с магнитным моментом, направленным против поля.

Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение затруднено из-за наличия в образце различных дефектов (примесей, неоднородностей и т.п.), которые закрепляют доменные стенки в некоторых положениях; требуются достаточно сильные магнитные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля Н до нуля у образца сохраняется т. н.

остаточный магнитный момент Mr (точка В).

  Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) Нс (точка С).

При дальнейшем увеличении магнитного поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой II. Т. о.

, при циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение магнитного момента образца, образует петлю магнитного Гистерезис Если поле Н циклически изменять в таких пределах, что намагниченность насыщения не достигается, то получается непредельная петля магнитного Гистерезис (кривая III). Уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

  При магнитном Гистерезис одному и тому же значению напряжённости внешнего магнитного поля Н соответствуют разные значения магнитного момента М. Эта неоднозначность обусловлена влиянием состояний образца, предшествующих данному (т. е. магнитной предысторией образца).

  Вид и размеры петли магнитного Гистерезис, величина Нс в различных ферромагнетиках могут меняться в широких пределах. Например, в чистом железе Нс= 1 э, в сплаве магнико Нс= 580 э. На петлю магнитного Гистерезис сильно влияет обработка материала, при которой изменяется число дефектов (рис. 2).

  Площадь петли магнитного Гистерезис равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными.

  С ростом частоты переменного магнитного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются др.

потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью. Соответственно площадь петли Гистерезис при высоких частотах увеличивается.

Такую петлю иногда называют динамической петлей, в отличие от описанной выше статической петли.

  От магнитного момента зависят многие др. свойства ферромагнетика, например электрическое сопротивление, механическая деформация. Изменение магнитного момента вызывает изменение и этих свойств. Соответственно наблюдается, например, гальваномагнитный Гистерезис, магнитострикционный Гистерезис

  Диэлектрический Гистерезис наблюдается обычно в сегнетоэлектриках, например титанате бария. Зависимость поляризации Р от напряжённости электрического поля Е в сегнетоэлектриках (рис.

3) подобна зависимости М от Н в ферромагнетиках и объясняется наличием спонтанной электрической поляризации, электрических доменов и трудностью перестройки доменной структуры.

Гистерезисные потери составляют большую часть диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках.

В некоторых случаях наблюдаются двойные петли диэлектрического Гистерезис (рис. 5). Это объясняется тем, что под влиянием электрического поля в образце происходит фазовый переход с перестройкой кристаллической структуры.

Такого рода диэлектрический Гистерезис тесно связан с Гистерезис при фазовых переходах.

  Упругий Гистерезис, т. е. гистерезисная зависимость деформации и от механического напряжения s, наблюдается в любых реальных материалах при достаточно больших напряжениях (рис. 6). Упругий Гистерезис возникает всякий раз, когда имеет место пластическая (неупругая) деформация (см. Пластичность).

Механическая обработка и введение примесей приводят к закреплению дислокаций, в результате чего происходит упрочнение материала, пластическая деформация и упругий Гистерезис наблюдаются при больших напряжениях. Энергия, теряемая в образце за один цикл, идёт в конечном счёте на нагревание образца.

Потери на упругий Гистерезис дают вклад во внутреннее трение. В случае упругих деформаций, помимо гистерезисных, есть и др. потери, например обусловленные вязкостью. Величина этих потерь, в отличие от гистерезисных, зависит от частоты изменения s (или и).

Иногда понятие «упругий Гистерезис» употребляется шире – говорят о динамической петле упругого Гистерезис, включающей все потери на данной частоте.

 

  Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Современное учение о магнетизме, М. – Л., 1952; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, М., 1969; Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960.

  А. П. Леванюк, Д. Гистерезис Санников.

Рис. 2. Влияние механической и термической обработки на форму петли магнитного гистерезиса пермалоя: 1 – после наклёпа; 2 – после отжига; 3 – кривая мягкого железа (для сравнения).

Рис. 5. Двойная петля диэлектрического гистерезиса.

Рис. 6. Петля упругого гистерезиса: s – механическое напряжение; u – деформация.

Рис. 1. Петля магнитного гистерезиса для ферромагнетика: Н – напряжённость магнитного поля; М – магнитный момент образца; Нс – коэрцитивное поле; Mr – остаточный магнитный момент; Ms – магнитный момент насыщения. Пунктиром показана непредельная петля гистерезиса. Схематически приведена доменная структура образца для некоторых точек петли.

Рис. 3. Петля диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р – поляризация образца; Е – напряжённость электрического поля.

– деформация: Е – напряжённость электрического поля.” href=”a_pictures/18/10/285321023.jpg”>бария: U – деформация: Е – напряжённость электрического поля.” title=”Рис. 4. Петля гистерезиса обратного пьезоэлектрического эффекта в титанате бария: U – деформация: Е – напряжённость электрического поля.” src=”a_pictures/18/10/th_285321023.jpg”>

Рис. 4. Петля гистерезиса обратного пьезоэлектрического эффекта в титанате бария: U – деформация: Е – напряжённость электрического поля.

Источник: http://bse.sci-lib.com/article010750.html

О пользе и вреде электролечения

Лечение при помощи различных сил природы, или физиотерапия, является одной из старейших областей медицины.

Она изучает, как влияют на организм различные природные или созданные искусственно физические факторы и разрабатывает методы и средства их использования для лечения и профилактики различных заболеваний.

Среди основных направлений можно выделить: • бальнеотерапию, или водолечение • тепловое лечение; • лечение путем механических воздействий; • светолечение;

• электролечение.
Наибольшее число методов включает электролечение. Но, пожалуй, самым распространенным является электрофорез. Он занимает положение на стыке двух областей медицины, таких как физиотерапия и медикаментозное лечение, так как электрический ток используется для доставки в организм лекарственных веществ.

Сущность метода и его преимущества

Лекарственный электрофорез – метод лечения, который сочетает введение в организм определенных веществ с воздействием постоянного или переменного электрического тока. Изобретению такого метода способствовал ряд научных открытий и изобретений конца 18, начала 19 века, таких как гальванический элемент, теория электролитической диссоциации и т.

д. Электрофорезу в медицине нашлось применение с начала 19 века, когда впервые был использован для лечения. С тех пор метод электрофореза постоянно совершенствуется, сфера его использования расширяется. Физиотерапия – основное, но единственное место применения электрофореза. Он используется также в диагностике и биохимических исследованиях.

Электрофорез как способ лечения заключается в том, что между телом и электродом прибора помещается прокладка, смоченная лекарственным раствором. Под воздействием тока ионы вещества из раствора переносятся через протоки кожных желез или через слизистые оболочки в более глубокие ткани.

Откуда затем разносятся по всему организму с кровотоком и лимфотоком.

Такой способ введения лекарств имеет ряд вполне очевидных преимуществ, если сравнивать с введением через рот или путем инъекций:

• отсутствует повреждение тканей и болевые ощущения; • в пищеварительном тракте и крови не возникает лишком высокая концентрация лекарственного вещества, которая может нанести им вред; • местное введение, при котором большая часть необходимого компонента скапливается непосредственно в области лечения; • ионы, в виде которых препарат попадает в организм, являются наиболее активной формой вещества; • длительность эффекта значительно дольше, чем при прочих методах лечения; • риск возникновения побочных эффектов, напротив, уменьшается.

За все эти качества лекарственный электрофорез заслужил славу одного из самых безопасных консервативных методов лечения. Его эффективность очевидна для врачей, а вот многие пациенты склонны сомневаться, считая, что воздействие электрического тока может нанести вред. Попробуем развеять подобные предубеждения.

Насколько эффективен такой метод лечения

Чтобы понять, в чем заключается эффективность электрофореза, важно знать, какое именно воздействие он оказывает на организм. Оно будет комплексным. Лекарственное вещество, попадая в подкожные ткани, вызывает местный эффект, вступая в реакции обмена веществ.

Накапливаясь в строго определенном участке тела, действующее вещество образует там так называемое депо, откуда после этого оно будет медленно разноситься с током крови или лимфы, воздействуя уже на весь организм в целом. Такой эффект называется гуморальным, или системным. Да и сам электрический ток оказывает положительное воздействие на ткани и нервную систему.

Раздражение кожных рецепторов помогает изменить многие процессы, происходящие в тканях, нормализуя их и вызывая не только положительные изменения в них, но и общую реакцию организма.

• наибольший эффект дает применение растворов с небольшой концентрацией и высокой степенью чистоты;

• в организм попадает не более 10% вещества, нанесенного на прокладку; • количество введенного вещества напрямую зависит от количества электричества, прошедшего через ткани, а также от размера молекул и заряда ионов; • чем старше пациент, тем менее проницаема его кожа для лекарств; • через слизистые оболочки поступает большее количество ионов, чем через кожу;

• не все участки кожи подходят для проведения электрофореза.

Источник: http://fizterapia.ru/o-polze-i-vrede-elektrolecheniya/

ПОИСК

    Явления гистерезиса и релаксации [c.215]

    ЯВЛЕНИЯ ГИСТЕРЕЗИСА И РЕЛАКСАЦИИ [c.215]

    К специфическим свойствам полимеров относят их полидисперсность, особые физические свойства и свойства растворов, способность к волокнообразованию, явления релаксации и гистерезиса. [c.375]

    В разных системах время релаксации различно. Так, в обычных низкомолекулярных жидкостях время релаксации составляет примерно 10 —10 ° с. Для полимеров время релаксации достигает нескольких суток и более.

При исследовании релаксационных явлений большое значение имеет соотношение между временем релаксации и продолжительностью опыта.

Если время релаксации во много раз меньше продолжительности опыта, то релаксационный характер явления не будет замечен экспериментатором и он будет считать, что имеет дело с обычным мгновенным переходом от одного состояния к другому.

Напротив, если время релаксации во много раз больше продолжительности опыта, равновесное состояние не будет достигнуто. Типичный пример эффектов такого рода— петли гистерезиса, наблюдающиеся при снятии деформационных кривых в режиме нагрузка — удлинение и разгрузка — удлинение. [c.30]

    Отметим, что в явлении разжижения при сдвиге гистерезис отсутствует, т. е. эта система не тиксотропна. Кроме того, поскольку разжижение при сдвиге происходит в интервале скоростей сдвига от 1 до 1000 с , данный процесс должен иметь время релаксации в несколько миллисекунд, что согласуется с механизмом, включающим перегруппировку полимерных молекул. [c.270]

    Например, при оценке толщины фронта ударной волны необходимо учитывать время релаксации в тех жидкостях, в которых подобные молекулярные явления типа гистерезиса оказывают влияние на величину второй вязкости (см. прим. 2) на этой стр.). (В классической теории механики континуума толщина фронта ударной волны предполагается равной нулю.) [c.72]

    Величина гистерезиса зависит от времени и скорости изменения силового поля. Это оказывает влияние, в частности, на усталостные испытания. Для полимерных материалов характерно также явление релаксации. Релаксация напряжений протекает в полимерных материалах чрезвычайно медленно и может длиться дни и даже месяцы. Повышение температуры ускоряет релаксацию. [c.274]

При сравнительно больших и медленных деформациях отклонения от совершенной упругости резины обнаруживаются в таких явлениях, как наличие остаточной деформации, гистерезис, течение, релаксация, упругое последействие.

Эти явления и соответствующие виды испытаний были уже рассмотрены (см. гл. I. П1 и IV). [c.238]

    Высокие упругие свойства не сильно сшитого каучука в обшем почти не зависят от скорости нагружения. Явления, связанные с рассеянием энергии механической деформации (релаксация напряжений, гистерезис, механические затухания), играют здесь лишь подчиненную [c.578]

Если время воздействия очень мало по сравнению с временем релаксации, гистерезис отсутствует, и мы имеем дело лишь с упругой составляющей деформации полимера.

Если время действия нагрузки очень велико, релаксационные процессы полностью завершаются, и тогда деформация также является равновесной, однако в этом случае она состоит не только из упругой, ной из высокоэластической, а иногда и из обратимой деформации.

Таким образом, обнаружить релаксационные явления можно только при условии если при данной температуре и величине силы (а значит, при постоянном времени релаксации) менять в широких пределах время действия силы, отмечая момент его наиболее полного совпадения с временем релаксации. [c.97]

Если напряжения при возрастании нагрузки превысили предел пропорциональности, то происходит пластическая деформация и диаграмма разгрузки не будет совпадать с кривой нагружения. Возникает петля гистерезиса.

Еще одна причина, вызывающая появление петель гистерезиса, — релаксационные эффекты, проявляющиеся у прочных металлов при высоких температурах. У свинца явления ползучести и релаксации проявляются и при комнатной температуре. [c.42]

    Несмотря на разнообразие этих явлений можно установить некоторые общие закономерности гистерезиса. Деформации, соответствующие одному и тому же напряжению, всегда меньще, если они получены при возрастании напряжения, как видно, в частности, из рис. 1.16.

Чтобы понять причину такого явления, достаточно вспомнить об упругом последействии и о релаксации напряжений.

Вследствие того что для развития деформации требуется время, ее изменение должно всегда отставать от изменения напряжения, поэтому при возрастании напряжений возникают неравновесные деформации, величина которых меньше равновесного значения деформации. [c.43]

Если время воздействия очень мало по сравнению с временем релаксации, гистерезис отсутствует, и мы имеем дело лишь с упругой составляющей деформации полимера.

    Явления релаксации и гистерезиса следует учитывать при эксплуатации резиновых изделий, особенно при низких температурах (но выше температуры стеклования), когда время релаксации возрастает и установление равновесия требует длительного времени. [c.72]

    Аналогично при данной скорости деформации площадь петли гистерезиса минимальна при очень низких (деформации значительно меньше равновесных) и очень высоких (деформации близки к равновесным) температурах.

Таким образом, в явлении механического гистерезиса существенным является соотношение скоростей внешнего воздействия и времени релаксации системы и неважно, каким путем достигается это соотношение — изменением температуры или скорости воздействия внешней силы.

Это позволило сформулировать принцип эквивалентности, или температурно-временной суперпозиции, согласно которому  [c.41]

    В книге впервые дано изложение результатов систематического исследования математических моделей химических реакций, допускающих критические явления нетепловой природы в кинетической области (множественность стационарных состояний, гистерезисы стационарной скорости реакции, концентрационные автоколебания, медленные релаксации и т. п.). На основе концепции механизма реакции описаны общие подходы анализа нелинейных уравнений химической кинетики, отвечающих закрытым и открытым системам. Дана серия простейших типовых схем превращений, позволяющих интерпретировать критические явления и нестационарное поведение сложных (в том числе гетерогенных каталитических) реакций. Проведен анализ влияния различных макрокинетических факторов, флуктуаций и неидеальности на особенности проявления критических эффектов. Рассмотрены конкретные процессы гомогенного и гетерогенного окисления. [c.2]

    Выше в разделе 1.4 сформулированы общие необходимые условия множественности стационарных состояний (ст. с.) химической системы в кинетической области — это наличие в детальном механизме реакции стадий взаимодействия различных веществ. В данной главе проанализированы различные типовые модели изучаемых критических явлений (множественность ст. с.

, гистерезисы, автоколебания, медленные релаксации и т. п.) для модельных и некоторых реальных систем. Так, построены в некотором смысле простейшие модели критических явлений нетепловой природы исследовано число ст. с.

для кинетических моделей трехстадийных каталитических механизмов общего вида предложена модель автоколебаний в реакции ассоциации для типовых механизмов проанализированы линейные времена релаксации к ст. с. Из конкретных реакций рассмотрены каталитическое окисление СО и холоднопламенное горение смеси углеводородов.

    Релаксации полимера сопутствует гистерезис — явление, при котором кривая деформации при приложении нагрузки к полимеру не совпадает с кривой деформации при ее снятии. В результате на графике нагрузка-деформация образуется так называемая петля гистерези- 7.3. Петля гистерезиса са (рис. 17.3). Явление гистерези- [c.377]

    Простая модель Куна, в которой рассматривается тхзлько одно (среднее) время релаксации, в состоянии качественно объяснить обсужденное выше явление эластичности (показанное на фиг. 98). При высоких температурах время релаксации мало и в любой момент времени напряжение с большой точностью соответствует упругой деформации сетки.

При этих условиях сила и деформация связаны почти однозначно. Потери поэтому малы, а эластичность высока. В другом крайнем случае при достаточно низких температурах время релаксации очень велико по сравнению с временем удара (0,01 сек.), так что опять потери малы.

Этот гистерезис приводит к потерям энергии и к низкой эластичности. [c.203]

    Релаксационные явления в реофизически сложных средах связаны с медленным развитием процессов перегруппировки структурных единиц различного масштаба. (Так, в случае полимеров таковыми являются гибкие молекулы, их отдельные сегменты или же пачки, образованные этими молекулами).

Эти процессы приводят к запаздыванию изменений деформации от изменения напряжения (гистерезис, упругое последействие, релаксация напряжения и т.д.) и могут быть описаны с помощью моделей упругих тел с внутренним трением и вязких тел, обладающих упругостью (раздел 3.2.6).

Источник: http://chem21.info/info/1760832/