יש היסטרזה מגנטי, פרואלקטרי, דינמי, אלסטי. זה נמצא גם בביולוגיה, מדעי הקרקע, כלכלה. יתרה מכך, המהות של הגדרה זו כמעט זהה. אבל המאמר יתמקד במגנטי, תלמדו עוד על תופעה זו, במה היא תלויה ומתי היא באה לידי ביטוי. תופעה זו נלמדת באוניברסיטאות עם התמקדות טכנית, היא לא כלולה בתכנית הלימודים בבית הספר, כך שלא כולם יודעים עליה.
Hysteresis magnetic
זוהי תלות בלתי הפיכה ודו-משמעית של אינדקס המגנטיזציה של חומר (ואלה הם, ככלל, פרומגנטים מסודרים מגנטית) בשדה מגנטי חיצוני. במקרה זה, השדה משתנה כל הזמן - יורד או עולה. הסיבה הכללית לקיומה של היסטרזיס היא נוכחות של מצב לא יציב ומצב יציב במינימום הפוטנציאל התרמודינמי, ויש ביניהם גם מעברים בלתי הפיכים.היסטרזיס היא גם ביטוי של מעבר פאזה מגנטי מסדר ראשון. איתם מתרחשים מעברים משלב אחד למשנהו עקב מצבים יציבים. המאפיין הוא גרף, אשר נקרא "לולאת ההיסטרזיס". לפעמים זה נקרא גם "עקומת המגנטיזציה".
לולאת היסטרזיס
בגרף של M לעומת H אתה יכול לראות:
- ממצב האפס, שבו M=0 ו-H=0, עם עלייה ב-H, גדל גם M.
- כשהשדה גדל, המגנטיזציה הופכת כמעט קבועה ושווה לערך הרוויה.
- כאשר H יורד, מתרחש השינוי ההפוך, אך כאשר H=0, המגנטיזציה M לא תהיה שווה לאפס. ניתן לראות את השינוי הזה מעקומת הדה-מגנטיזציה. וכאשר H=0, M מקבל ערך השווה למגנטיזציה השיורית.
- ככל ש-H גדל בטווח –Hm… +Hm, המגנטיזציה משתנה לאורך העקומה השלישית.
- כל שלוש העקומות המתארות את התהליכים מחוברות ויוצרות מעין לולאה. היא זו שמתארת את תופעת ההיסטרזיס - תהליכי המגנטיזציה והדה-מגנטיזציה.
אנרגיית מגנטיזציה
לולאה נחשבת לא סימטרית במקרה שבו המקסימום של שדה H1, המופעלים בכיוון ההפוך והלפני, אינם זהים. תוארה לעיל לולאה, האופיינית לתהליך היפוך מגנטיזציה איטי. איתם נשמרים יחסי איזון מעין בין ערכי H ו-M. יש לשים לב לעובדהשבמהלך מגנטיזציה או דה-מגנטיזציה, M מפגרת אחרי H. וזה מוביל לכך שכל האנרגיה שנרכשת על ידי החומר הפרומגנטי בזמן המגנטיזציה לא מועברת לחלוטין במהלך מחזור הדה-מגנטיזציה. וההבדל הזה נכנס כולו לחימום של הפרומגנט. ולולאת ההיסטרזיס המגנטית מתגלה כאסימטרית במקרה הזה.
צורת לולאה
צורת הלולאה תלויה בפרמטרים רבים - מגנטיזציה, חוזק שדה, נוכחות הפסדים וכו' ההרכב הכימי של הפרומגנט, מצבו המבני, טמפרטורה, אופי ופיזור הליקויים, נוכחות של עיבוד (תרמי, תרמומגנטי, מכני). לכן, ניתן לשנות את ההיסטרזיס של פרומגנטים על ידי הכפפת החומרים לעיבוד מכני. זה משנה את כל המאפיינים של החומר.
הפסד היסטרזיס
במהלך המגנטיזציה הדינמית של פרומגנט על ידי שדה מגנטי מתחלף, נצפים הפסדים. יתר על כן, הם מהווים רק חלק קטן מסך ההפסדים המגנטיים. אם ללולאות יש גובה זהה (אותו ערך מרבי של מגנטיזציה M), הלולאה מהסוג הדינמי רחבה יותר מזו הסטטית. זאת בשל העובדה שהפסדים חדשים מתווספים לכל ההפסדים. אלה הפסדים דינמיים, הם קשורים בדרך כלל לזרם מערבולת, לצמיגות מגנטית. לסיכום, מתקבלים הפסדי היסטרזיס משמעותיים למדי.
Ferromagnets עם דומיין יחיד
Bאם לחלקיקים יש גדלים שונים, תהליך הסיבוב מתרחש. זה קורה כי היווצרותם של תחומים חדשים אינה חיובית מנקודת המבט האנרגטית. אבל תהליך סיבוב החלקיקים מופרע על ידי אניזוטרופיה (מגנטית). יכול להיות לו מקור אחר - להיווצר בגביש עצמו, להיווצר עקב מתח אלסטי וכו'). אבל דווקא בעזרת האניזוטרופיה הזו המגנטיזציה מתקיימת על ידי השדה הפנימי. זה נקרא גם שדה האניזוטרופיה המגנטי האפקטיבי. והיסטרזיס מגנטית נוצרת בשל העובדה שהמגנטיזציה משתנה בשני כיוונים - קדימה ואחורה. במהלך מגנטיזציה מחדש של פרומגנטים חד-דומיין, מתרחשות מספר קפיצות. וקטור המגנטיזציה M פונה לכיוון השדה H. יתרה מכך, הסיבוב יכול להיות אחיד או לא אחיד.
Multi-domain ferromagnets
בהן עקומת המגנטיזציה בנויה בצורה דומה, אבל התהליכים שונים. במהלך היפוך מגנטיזציה, גבולות התחום משתנים. לכן, אחד הגורמים להיסטרזה עשוי להיות העיכוב בשינויי הגבול, כמו גם קפיצות בלתי הפיכות. לפעמים (אם לפרומגנטים יש שדה גדול למדי), ההיסטרזיס המגנטי נקבע על ידי העיכוב בצמיחה והיווצרות גרעיני היפוך מגנטיזציה. מהגרעינים האלה נוצר מבנה התחום של חומרים פרומגנטיים.
תיאוריית ההיסטרזיס
יש לקחת בחשבון שתופעת ההיסטרזיס המגנטית מתרחשת גם כאשר השדה H מסתובב, ולא רק כאשר הוא משתנה בסימן ובגודל. זה נקרא היסטרזה של הסיבוב המגנטי ומתאים לשינוי בכיוון המגנטיזציה M עם שינוי בכיוון השדה H. התרחשות ההיסטרזיס של הסיבוב המגנטי נצפית גם כאשר הדגימה מסובבת יחסית לשדה הקבוע H.
עקומת המגנטיזציה מאפיינת גם את המבנה המגנטי של התחום. המבנה משתנה במהלך המעבר של תהליכי מגנטיזציה והיפוך מגנטיזציה. השינויים תלויים במידת המעבר של גבולות התחום ובהשפעות של שדה מגנטי חיצוני. כל מה שיכול לעכב את כל התהליכים שתוארו לעיל מכניס את הפרומגנטים למצב לא יציב וגורם להיסטרזיס מגנטי.
יש לקחת בחשבון שההיסטרזה תלויה בפרמטרים רבים. המגנטיזציה משתנה בהשפעת גורמים חיצוניים - טמפרטורה, מתח אלסטי, ולכן מתרחשת היסטרזיס. במקרה זה, היסטרזיס מופיעה לא רק במגנטיזציה, אלא גם בכל אותם מאפיינים שבהם היא תלויה. כפי שניתן לראות מכאן, ניתן לראות את תופעת ההיסטרזיס לא רק במהלך המגנטיזציה של החומר, אלא גם במהלך תהליכים פיזיקליים אחרים הקשורים אליו במישרין או בעקיפין.
