Słowo histereza pochodzi od starożytnego greckiego słowa, którego znaczenie odnosi się do „pozostawania w tyle” lub „nieadekwatności”. Termin histereza magnetyczna został założony w 1890 roku przez naukowca Jamesa Alfreda Ewinga, aby poznać działanie i przewodnictwo substancji magnetycznych. Przed 1890 rokiem prace nad tą koncepcją histereza w sieciach mechanicznych wykonał James Maxwell. W konsekwencji modele, które powstały z histerezy zyskały większe znaczenie w pracach związanych z absorpcją i magnetyzmem. Wówczas matematyczna analiza histerezy magnetycznej była znana w latach 70. XX wieku Markowi Krasnoselowi i jego zespołowi. A teraz nasz artykuł wyjaśnia histerezę magnetyczną, krzywą B-H, jej zachowanie i zastosowania.
Co to jest histereza magnetyczna?
Jest to zjawisko gęstości namagnesowania „B”, które jest opóźnione w stosunku do siły magnetycznej „H” występującej w substancji magnetycznej, określane jako „histereza magnetyczna”. Aby było jasne, można to wyjaśnić, ponieważ gdy substancja magnetyczna jest magnesowana po raz pierwszy, a następnie w inny sposób, który kończy jeden pełny cykl namagnesowania, wówczas powstaje gęstość strumienia, która pozostaje w tyle za siłą magnesowania.
Materiał magnetyczny
W przypadku substancji magnetycznych, takich jak żelazo, nawet jeśli nie znajdują się one pod polem magnetycznym, pewna część wyrównania zostanie zachowana. Aby nie były namagnesowane, konieczne jest zastosowanie ciepła lub pola magnetycznego w odwrotnym kierunku. Istnieją różne rodzaje substancji magnetycznych, takie jak para, dia, Ferro i anti- ferromagnetyczny materiały. Za pomocą substancji ferromagnetycznych można łatwo rozwinąć pętlę histerezy.
Magnetyczna pętla histerezy
Pętla histerezy określa zależność istniejącą między polem magnesującym a wielkością efektu magnetyzacji. W momencie modyfikacji zewnętrznego pola magnetycznego w materiale ferromagnetyzmu powstanie pętla histerezy. Poniższy wykres przedstawia pozycje i szczegółową analizę.
Pętla histerezy
Pętla powstaje podczas pomiaru B dla wielu wartości H i jeśli te wartości są przedstawione w formie graficznej, tworzy pętlę. Tutaj,
- Wartość „B” wzrasta, gdy jednocześnie wzrasta wartość „H”.
- Zwiększenie oddziaływania pola magnetycznego zwiększa wartość magnetyzmu i na końcu dociera do punktu „A”, który jest określany jako punkt nasycenia, w którym „B” pozostaje na stałym poziomie.
- Zmniejszając wielkość pola magnetycznego, zmniejsza się również wpływ magnetyzmu. Ale wartości „B” i „H” są podobne, czyli „0”, substancja magnetyczna ma niewiele właściwości magnetyzmu i jest to definiowane jako magnetyzm szczątkowy lub retencja.
- A kiedy następuje spadek wpływu pola magnetycznego, właściwość magnetyzmu również się zmniejszy. W „C” materiał zostaje całkowicie rozmagnesowany i ma zerowe właściwości magnetyczne.
- Obie te procedury kierunku do przodu i do tyłu kończą jeden cały cykl i tworzą pętlę określaną jako pętla histerezy.
Magnetyzacja lub krzywa B-H
Z powyższej podstawowej teorii jasno wynika, że krzywe histerezy magnetycznej są różne dla różnych typów materiałów. Na poniższym rysunku zaobserwowano, że gęstość strumienia rośnie odpowiednio do natężenia pola, aż osiągnie określoną wartość, a po tym punkcie gęstość strumienia pozostaje na stałym poziomie, nawet natężenie pola nadal rośnie.
Dzieje się tak z powodu tego, że istnieje ograniczenie dotyczące domeny strumień gęstość, jaką może wytworzyć rdzeń, ponieważ wszystkie domeny obecne w substancji żelaznej są dokładnie wyrównane. Następnie nie wykazuje wpływu na „M”, a na wykresie punkt, w którym gęstość strumienia osiąga maksymalną wartość, określa się jako nasycenie magnetyczne.
Nasycenie rozwija się z powodu przypadkowego ułożenia cząsteczek wewnątrz substancji rdzeniowej, co modyfikuje małe cząsteczki wewnątrz substancji, aby uzyskać dokładne wyrównanie. Gdy wartość „H” wzrośnie, nastąpi doskonalszy układ cząstek molekularnych, aż osiągną one zwiększoną gęstość strumienia. A także wzrost natężenia pola magnetycznego z powodu wzmocnienia elektrycznego obecny dolna w poprzek cewki nie pokaże żadnego efektu
Magnetyczne pętle histerezy dla miękkich i twardych materiałów
Wynikiem histerezy magnetycznej jest rozpraszanie niewykorzystanej energii w postaci ciepła, gdzie energia rozpraszana jest liniowo proporcjonalna do zakresu pętli histerezy. Straty powstałe z powodu histerezy magnetycznej pokazują również wpływ na zmienny typ transformatory gdzie występują częste zmiany bieżącego kierunku. Z tego powodu bieguny magnetyczne w materiale rdzenia powodują straty, ponieważ nieustannie odwracają swój kierunek. Poniższe zdjęcia przedstawiają pętlę histerezy zarówno w materiałach miękkich, jak i twardych.
W miękkim magnesie
Pętla w miękkim magnesie
W twardym magnesie
Krzywa histerezy w magnesie twardym
W cewkach obrotowych, które są obecne w systemach prądu stałego, wystąpią również straty histerezy, ponieważ mają ciągły przepływ przez południowy i północny biegun magnetyczny. Jak już powiedziano, wykres pętli histerezy jest oparty na zachowaniu zastosowanego materiału magnetycznego.
Szczątkowy magnetyzm
Z pętli histerezy magnetycznej wielkość gęstości strumienia, którą utrzymuje substancja magnetyczna, określa się jako magnetyzm szczątkowy. A ilość utrzymania nazywana jest retencją substancji.
Siła przymusu
Wielkość siły magnesującej, która jest niezbędna do usunięcia pozostałych właściwości magnetycznych z materiału, określa się jako siłę koercji. Aby zakończyć pętlę histerezy, siła magnetyczna „H” jest bardziej zwiększana w przeciwnym kierunku, aż osiągnie punkt nasycenia. Wartość „H” osiągnie zero i pętla dojdzie do ścieżki „de”, gdzie ścieżka „oe” jest resztkową własnością magnetyczną, gdy ścieżka jest w przeciwnym kierunku.
Histereza magnetyczna skutkuje nieumiarkowaniem marnowanej energii, podobnie jak w postaci ciepła. Energia, która jest rozpraszana, jest zależna od zakresu pętli histerezy. W szczególności istnieją dwa rodzaje materiałów magnetycznych miękki materiał magnetyczny i twardy materiał magnetyczny .
Aplikacje
Kilka z zastosowania histerezy magnetycznej są:
Ponieważ substancje magnetyczne mają rozszerzony zakres pętli histerezy, są one zaimplementowane w urządzeniach takich jak
- Dysk twardy
- Urządzenia do nagrywania dźwięku
- Taśmy magnetyczne
- Karty kredytowe
Istnieją również zwężone magnetyczne substancje pętli histerezy i są one używane w
- Transformers
- Solenoidy
- Elektromagnesy
- Przekaźniki
Wykorzystywane do tłumienia ruchu kątowego satelitów na minimalnej orbicie okołoziemskiej w związku z nadejściem ery kosmosu.
I wreszcie chodzi o pojęcie histerezy magnetycznej. W tym artykule poznaliśmy pętlę histerezy, krzywą B-H, magnetyzm szczątkowy, siłę koercji oraz różnice między pętlą w przypadku miękkiej i twardej substancji magnetycznej oraz jej zastosowania. Ponadto ważne jest, aby wiedzieć, co to jest znaczenie pętli histerezy ?
