Слово гистерезис обычно вызывает у человека, изучающего физику, неоднозначные эмоции. Чем-то оно напоминает катехизис, который очень похож по звучанию, но совсем непохож по смыслу, а чем-то на синхрофазотрон. Ведь не гистерезис, ни синхрофазотрон для простого читателя совсем непонятны.
Между тем, гистерезис - это один из весьма значимых для физики терминов и было бы полезно понять, что это такое и с чем это едят. Если едят...Ведь название можно соотнести и с названием какого-нибудь неведомого африканского блюда, а там уж одному Богу ведомо, что туда добавляют для вкуса.
Термин гистерезис
Как и многие термины, которые приходят к нам из латыни или греческого языка, слово гистерезис тоже "заморское". Там оно не кажется каким-то необычным. К слову будет добавить, что вот к чему приводит постоянное использование иностранных аналогов русских слов. Понятно, что в физике гораздо проще говорить на одном языке со своими коллегами из других стран, но когда речь про мерчендайзеров гораздо лучше было бы использовать понятное русское слово.
Вот и слово гистерезис в переводе с греческого означает запаздывание. Всего лишь запаздывание. Зная его значение, дальше будет гораздо проще вникать в суть. Вот только есть тут и усложнение - не просто запаздывание, которое может быть при работе механического доводчика для двери, а запаздывание с определенными характеристиками.
Гистерезис характерен не только для физики. Процессы описываются по этому закону и в биологии, и в других отраслях знаний.
Изображаются процессы, которые протекают по этому закону петлёй гистерезиса, которую мы и видим в учебниках физики. Но повторюсь, не только для физических процессов характерно протекание в виде такой петли.
В чём особенность гистерезиса
Глядя на график, приведенный выше, гистерезис становится чуть более понятным. Но истинный смысл всё-таки под вопросом. Что это такое нарисовано?
А изображена на графике, друзья мои, особенность реакции системы на некоторый фактор или внешний раздражитель. График иллюстрирует, что в некоторых случаях, система, на которую воздействуют, реагирует на это воздействие с запозданием. При этом, в результате протекания процесса, рассматриваемая система может вернуться в свое первоначальное состояние. Система неоднозначно зависит от величины, характеризующей условия. Именно это и изображают замкнутые кривые петли гистерезиса - ход ответной реакции и время замедления.
Проще всего это понять, разобрав магнитный гистерезис. Но повторимся, что такое течение процесса характерно не только для физики или электрофизики. Просто пример удобный.
Магнитный гистерезис в физике как пример процессов по гистерезису
Из практики вы знаете, что бывают материалы, которые умеют намагничиваться, а бывают, которые не умеют намагничиваться.
Если поднести постоянный магнит к алюминиевому стержню, то после того, как постоянный магнит будет убран, алюминиевый стержень ничего не примагнитит. А если взять подходящий стальной стержень сначала подержать рядом с магнитом, а потом попробовать примагнитить сами таким стержнем что-то, то стержень и без постоянного магнита будет притягивать предметы. Он намагнитился. Такой материал называется магнитно-твердым, а алюминиевый стержень из примера выше был магнитно-мягким. Но не это сейчас важно. Важна особенность сохранения этой намагниченности у стального стержня.
Стержень из стали можно размагнитить. Для этого достаточно тот самый постоянный магнит, которым мы его изначально намагнитили, поднести к стальному стержню обратной стороной, обратным полюсом. Стержень почти сразу размагнитится.
Теперь если запихнуть такой стержень внутрь катушки, а по катушке пропускать переменный ток, который будет меняться, скажем от -1А, до +1А, то процесс намагничивания стального стержня и опишет петля гистерезиса!
Когда у нас величина переменного тока достигает нуля, намагниченность образца до нуля не падает. Смотрим на точку Mr на графике. Это та самая остаточная намагниченность. Мы видели её при намагничивании постоянным магнитом. Но тут-то она плавает, потому что в катушке ток переменный.
Коэрцитивная сила, отмеченная точкой Hc - это момент, когда наш стержень внутри катушки полностью размагничен.
А что у нас внутри этой петли? Что может описывать её площадь? При некоторой доле приближения можно сказать, что это энергетические потери на каждый цикл перемагничивания образца. Логично предположить, что для изготовления сердечника трансформатора тогда нужно подобрать материал с такой минимальной площадью.
Вы можете тут сказать - ну так делайте, блин, трансформаторы вообще без сердечника. Зачем сердечник? Но ведь мы только что сказали, что если ток переменный, то магнитное поле то есть, то нет. Нам нужно этот процесс выровнять. Сделать этакий аккумулятор намагниченности. Трансформатор обычно имеет несколько обмоток. Так работает понижение или повышение напряжения. Для того, чтобы поле передавалось эффективно с одной обмотки на другую, удобно использовать сердечник. Потери тут нужно организовать минимальные. Это удобно определять по гистерезису.
Вот и получается, что гистерезис в данном случае показывает, как меняется намагниченность стального сердечника при изменении параметров электрического тока в катушке.
Петля появляется в результате того, что и сам ток у нас меняется по синусоиде. Если бы сердечник не обладал специфическими характеристиками, то намагниченность изменялась просто по прямой. Но специфика процесса тут объясняется магнитными доменами, о поведении которых мы обязательно расскажем дополнительно. Поэтому, нужно подписаться на проект, чтобы ничего не пропустить :)
Ну и напоследок отмечу, что вот так например выглядит упругий гистерезис:
Таким образом поведет себя механическая деформация системы для некоторых случаев. Обратите внимание на ступеньку и разгрузку образца.
Получается, что в гистерезисе нет никакой магии! Просто таким образом ведут себя некоторые объекты и измеряемые параметры некоторого объекта в ответ на изменение воздействующего фактора. Изменение происходит не по прямой или по параболе, а именно вот так. Петля гистерезиса - это график изменения. Специфический, но график.
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
