Histerezis

Histerezisul este un fenomen prin care valoarea asumată de o cantitate dependentă de altele este determinată nu numai de valorile instantanee ale acestuia din urmă, ci și de valorile pe care le-au asumat anterior ^[1] ; cu alte cuvinte, histerezisul este caracteristica unui sistem de a reacționa târziu la solicitările aplicate și în funcție de starea anterioară. Termenul, derivat din grecescul ὑστέρησις ( hystéresis , „întârziere”), a fost introdus în sens modern de James Alfred Ewing în 1890 și este utilizat în general în teoria sistemelor dinamice , prin urmare nu numai în fizică , ci și în biologie și economie .

Dacă răspunsul unui sistem cu histerezis este reprezentat grafic în funcție de stimul, se obține o curbă închisă caracteristică (graficul din dreapta). Într-un sistem fără histerezis, curba formează o singură linie. În prezența histerezisului, pe de altă parte, se obține o dublare a curbei: dacă este parcursă de la stânga la dreapta există o cale, dacă este parcursă în direcția opusă, se obține alta. În multe dintre fenomenele fizice în care apare această caracteristică, se obțin două curse orizontale: una superioară și una inferioară. Acestea reprezintă limitele de saturație. Pentru un sistem luat în considerare, în funcție de anumite condiții, putem avea o familie de curbe, variind de la o zonă închisă aproape simplă până la aproape pătrată. Amplitudinea curbei închise indică amploarea histerezisului. Familiile de curbe pot fi aranjate în a treia dimensiune pentru a delimita o formă tridimensională numită bia.

Mecanică

Același subiect în detaliu: Efectul și oboseala Bauschinger (știința materialelor) .

Materialele ductile se plasticizează cu o întărire cinematică corespunzătoare. Presupunând că supunem corpului o rezistență la tracțiune uniaxială mai mare decât rezistența la curgere , din momentul în care materialul este supus descărcării și ulterior unei solicitări de compresie, noua solicitare de curgere la compresiune va avea o valoare mai mică.

La efectuarea unei calibrări , histerezisul este caracteristica unui instrument care furnizează valori diferite pentru același punct de măsurare atunci când acesta este detectat în mod crescător și descrescător. În general, în standardele de calibrare, histerezisul este definit ca diferența maximă dintre valorile citite pe un instrument pentru același punct în cele două cicluri sus și jos. De exemplu, în calibrarea unui manometru, diferența de valori între ciclul cu presiune crescătoare și ciclul cu presiune descrescătoare este un indice al capacității elastice a elementului sensibil al instrumentului.

Deformarea multor materiale poate prezenta histerezis. De exemplu, materialele plastice, după ce au fost deformate din cauza unei solicitări, nu revin la configurația inițială atunci când solicitarea dispare, ci prezintă o deformare reziduală. De exemplu, acesta este fenomenul prin care garniturile de plastic din articulații se degradează după un anumit timp și este, de asemenea, motivul pentru care schimbările de presiune din corpul uman cresc riscul bolilor circulatorii, cum ar fi ischemii sau anevrisme.

Același fenomen este prezent și în mecanica mediilor poroase, deoarece porozitatea unui sol depinde atât de starea de stres la care este supus, cât și de istoricul său de stres din trecut, în special de stresul maxim la care a fost supus. în istoria sa de stres. Dacă tensiunea maximă este mai mare decât cea actuală, se spune că solul este supra-consolidat și are o porozitate mai mică decât cea teoretică așteptată datorită efectului sarcinii care acționează asupra acestuia; în caz contrar, terenul se numește normalconsolidato.

Termodinamica

Histerezisul este cunoscut în termodinamică . În tranzițiile de fază, tranziția de la o stare la alta nu are loc liniar cu energia furnizată sau absorbită. Hysteresis poate fi utilizat pentru a filtra semnalele nedorite în sistemele de control, ținând cont de istoricul recent al semnalului. De exemplu, în comenzile termostatice , un element de încălzire (un cazan) este pornit atunci când temperatura scade sub o valoare $T_{1}$ ${\ displaystyle T_ {1}}$ $T_ {1}$ dar nu este oprită până când nu se depășește temperatura $T_{2}$ ${\ displaystyle T_ {2}}$ $T_ {2}$ mai mare decât prima. Acest lucru previne comutarea nedorită datorită impreciziei și fluctuațiilor slabe în jurul unei singure valori de prag.

Electromagnetismul

Același subiect în detaliu: feromagnetismul și ferroelectricitatea .

Bucla de histerezis pentru materiale feromagnetice (amintiți-vă că

{\vec {M}}=\chi _{m}{\vec {H}}

{\ displaystyle {\ vec {M}} = \ chi _ {m} {\ vec {H}}}

{\ displaystyle {\ vec {M}} = \ chi _ {m} {\ vec {H}}}

Și

{\vec {B}}=\mu _{0}\mu _{r}{\vec {H}}

{\ displaystyle {\ vec {B}} = \ mu _ {0} \ mu _ {r} {\ vec {H}}}

{\ displaystyle {\ vec {B}} = \ mu _ {0} \ mu _ {r} {\ vec {H}}}

).

O familie de bucle de histerezis magnetic măsurată cu o densitate de flux modulată sinusoidal cu o frecvență de 50 Hz și o amplitudine cuprinsă între 0,3 T și 1,7 T. Materialul este oțel cu cristale orientate. B = Inducție magnetică
H = câmp magnetic
B _R = Remanență
H _C = Coercitivitate

Materialele feromagnetice se caracterizează printr-o inducție magnetică care nu poate fi exprimată în funcție de câmpul magnetic . Deoarece relația dintr-un material izotrop este scalară, deoarece câmpurile iau aceeași direcție (dar nu neapărat aceeași direcție), poate fi reprezentată pe un plan în care are loc un ciclu de histerezis . ^[2]

Începând din momentul în care câmpurile sunt zero și, prin urmare, magnetizarea materialului este zero, câmpul magnetic crește urmând curba $OH_{max}$ ${\ displaystyle OH_ {max}}$ ${\ displaystyle OH_ {max}}$ , numită prima curbă de magnetizare , până la valoarea maximă de $H_{max}$ ${\ displaystyle H_ {max}}$ ${\ displaystyle H_ {max}}$ in care $\mathbf {B}$ ${\ displaystyle \ mathbf {B}}$ $\ mathbf B$ crește proporțional cu $\mu \mathbf {H}$ ${\ displaystyle \ mu \ mathbf {H}}$ $\ mu {\ mathbf H}$ . În astfel de condiții $\mathbf {M}$ ${\ displaystyle \ mathbf {M}}$ $\ mathbf M$ atinge valoarea sa maximă, numită valoare de saturație .

Pe măsură ce curentul scade, acesta scade în consecință $\mathbf {H}$ ${\ displaystyle \ mathbf {H}}$ $\ mathbf H$ cu toate acestea, fără a reface aceeași curbă, ci curba $H_{max}M_{r}$ ${\ displaystyle H_ {max} M_ {r}}$ ${\ displaystyle H_ {max} M_ {r}}$ . Pentru $\mathbf {H} =0$ ${\ displaystyle \ mathbf {H} = 0}$ ${\ mathbf H} = 0$ rezultă deci că câmpul magnetic nu revine la a avea o valoare nulă, ci capătă o intensitate egală cu $|\mathbf {B} |=B_{r}>0$ ${\ displaystyle | \ mathbf {B} | = B_ {r}> 0}$ $| {\ mathbf B} | = B_ {r}> 0$ . Această valoare se numește magnetizare reziduală :

M_{r}={\frac {B_{r}}{\mu }}

{\ displaystyle M_ {r} = {\ frac {B_ {r}} {\ mu}}}

M_ {r} = {\ frac {B_ {r}} {\ mu}}

Prin urmare, materialul menține o proprietate magnetică chiar și fără prezența unui câmp magnetic extern.

Mai mult, inversând curentul $\mathbf {H}$ ${\ displaystyle \ mathbf {H}}$ $\ mathbf H$ Și $\mathbf {M}$ ${\ displaystyle \ mathbf {M}}$ $\ mathbf M$ devin negative, iar când câmpul de inducție magnetică este zero, avem $|\mathbf {H} |=-H_{c}$ ${\ displaystyle | \ mathbf {H} | = -H_ {c}}$ $| {\ mathbf H} | = -H_ {c}$ . Această valoare se numește interval de constrângere .

În cele din urmă, scăderea în continuare $\mathbf {H}$ ${\ displaystyle \ mathbf {H}}$ $\ mathbf H$ , de asemenea $\mathbf {B}$ ${\ displaystyle \ mathbf {B}}$ $\ mathbf B$ devine negativ până la valoare $-H_{max}$ ${\ displaystyle -H_ {max}}$ ${\ displaystyle -H_ {max}}$ unde din nou câmpurile sunt proporționale și magnetizarea atinge un minim absolut. Începând să crească din nou $\mathbf {H}$ ${\ displaystyle \ mathbf {H}}$ $\ mathbf H$ , ciclul este închis.

Permeabilitatea magnetică la un punct dat de pe curbă:

\mu ={\frac {B}{H}}

{\ displaystyle \ mu = {\ frac {B} {H}}}

\ mu = {\ frac {B} {H}}

poate fi deci determinat pornind de la relația dintre câmpuri, specificând cărei curbe a ciclului de histerezis aparține. Prin urmare, această dimensiune depinde de „istoria” materialului și își pierde semnificativ sensul în caracterizarea materialului. Fiecare material feromagnetic urmează ciclul de histerezis: pentru cicluri care sunt treptat mai strânse, ciclul de histerezis se îngustează treptat până când revine la zero. Aceasta înseamnă că este posibil să „demagnetizăm” materialul feromagnetic și să-l readucem la starea inițială în care $\mathbf {H} =\mathbf {B} =\mathbf {M} =0$ ${\ displaystyle \ mathbf {H} = \ mathbf {B} = \ mathbf {M} = 0}$ ${\ mathbf H} = {\ mathbf B} = {\ mathbf M} = 0$ . ^[2]

Inducția reziduală poate fi îndepărtată prin aducerea materialului magnetizat la temperatura Curie , la care ordinea feromagnetică din rotirile electronice este distrusă.

Aria ciclului de histerezis este proporțională cu energia necesară pentru a-l finaliza.

Aplicații

Histerezis realizat cu componente electromecanice sau electronice

Inducția reziduală poate fi o problemă în diferite aplicații, de exemplu în câmpul magnetic păstrează ancora unui releu atrasă când încetează semnalul de comandă. Histerezisul este, de asemenea, una dintre cauzele disipării energiei într-un regim variabil: magnetic în transformatoare și electric în rezistențe , care se adaugă celui ohmic . Pe de altă parte, în câmpul magnetic este baza stocării magnetice în benzi și discuri . În aceste ultime dispozitive, direcția magnetizării reziduale reprezintă un bit: 0 sau 1 . Cu toate acestea, pentru a schimba starea de magnetizare, este necesar să cunoaștem starea anterioară, în funcție de care câmpul care trebuie aplicat variază. Pentru a evita problema, se folosește o tehnică numită bias , care constă în aducerea sistemului la o valoare cunoscută înainte de scriere. Aceeași tehnică este utilizată și la magnetofoanele audio, unde uneori există un selector pentru tipul de polarizare care trebuie utilizat în funcție de materialul feromagnetic utilizat în diferitele tipuri de bandă. În circuitele electronice se folosește declanșatorul Schmitt care generează o histerezis similară cu cea generată în materialele magnetice. Circuitul servește la eliminarea zgomotului prezent pe semnale. Poate fi realizat folosind componente discrete ( amplificatoare operaționale sau tranzistoare ), dar este prezent pe intrările a numeroase circuite logice ale diferitelor familii ( TTL , CMOS etc.).

De asemenea, este posibilă simularea histerezisului pe o intrare analogică ( ADC ) conectată la un microprocesor (adesea integrat în microcontrolere sau sisteme încorporate ). În acest caz histerezisul este un algoritm prezent în software sau firmware .

Economie

Unele sisteme economice au histerezis. De exemplu, pentru a începe exportul companiilor suportă costuri scăzute, adică costuri care, odată suportate, nu mai sunt considerate pentru a evalua profitabilitatea activității de export, generând astfel histerezis în comportamentul afacerii.

În economie în mod corespunzător, histerezisul este incapacitatea ratei șomajului de a reveni la nivelul inițial după un șoc advers, chiar și după ce a fost depășită. Practic este dat de patru motive principale: „Insider-Outsiders” (adică participarea la negociere pentru munca celor care sunt deja angajați pentru a-și păstra locul de muncă); „muncitorii descurajați” (adică indivizi care după o perioadă de timp fără rezultate încetează să mai caute de lucru); „căutarea și nepotrivirea” (obiceiul lucrătorilor și antreprenorilor de a obține rezultate slabe în căutarea persoanelor angajate / ocupării forței de muncă); „stocul de capital” (adică investiția redusă cauzată de șocul care duce la un nivel scăzut al mișcărilor de capital).

Fenomenul histerezisului poate fi explicat și prin utilizarea „teoriei salariilor de eficiență”.

Medicament

În medicină, stimulatorii cardiaci sunt întârziați isteretic pentru a evita interferențele cu activitatea nodului sinusal sau a inimii . Comportamentul plămânului izolat în care este suflat aerul este, de asemenea, isteretic. Relația presiune / volum obținută în aceste condiții experimentale permite identificarea unei diferențe marcate în comportamentul de insuflare și golire, cu presiuni mult mai mici pentru același volum în faza de golire comparativ cu faza de umplere. Aceeași curbă poate fi trasă dacă, în loc să sufle aer în plămâni, este plasată într-un recipient etanș, golit ulterior cu ajutorul unei pompe . Presiunile înregistrate în acest fel de un manometru , de obicei apă , conectat la pompă vor fi negative.

Dreapta

Unii juriști au transpus ideea histerezisului în drept. Pentru o orientare, se referă la „alegeri internaționale care sunt dificil de remodelat pe termen scurt” ^[3] , din care ar urma imposibilitatea de a deriva în cadrul regulilor drepturilor de autor conforme în mod specific cu natura intenționată a software-ului. Conform unei alte orientări, dezvoltarea legii ar fi întotdeauna împiedicată de legea existentă, astfel încât, în special cu referire la reglementarea noilor tehnologii, „legea este adesea învechită deja în momentul intrării în vigoare” ^[4] ; situația ar fi agravată în acele jurisdicții caracterizate prin lobby și negocieri meticuloase cu universul proteic al părților interesate .

Notă

^ A. Mielke și T. Roubícek, Un model independent de rată pentru comportamentul inelastic al aliajelor de memorie de formă , în modelul cu mai multe scale. Simul. , vol. 1, nr. 4, 2003, pp. 571-597, DOI : 10.1137 / S1540345903422860 .
^ ^a ^b Mencuccini, Silvestrini , Pagina 319 .
^ Roberto Pardolesi, „Software”, „drepturi de proprietate” și drepturi de autor: întoarcerea din țara minunilor , în Italian Forum , vol. 1987, 3, II, p. 300.
^ Guido Noto La Diega, În lumina capetelor. Istereza drepturilor de autor și excepția copiilor private după Academia Britanică de Compozitori, Compozitori și Autori (BASCA) și alții împotriva secretarului de stat pentru afaceri, inovare și abilități , în Quaderni di Legge Mercato Tecnologia , vol. 2015, II.

Bibliografie

Corrado Mencuccini, Vittorio Silvestrini, Fizica II, Napoli, Liguori Editore, 2010, ISBN 978-88-207-1633-2 .
Jerry D. Wilson, Antony J. Buffa, Fizica 3 , Milano, Principate, 2000, ISBN 88-416-5803-7
Paride Nobel, Fenomene fizice , Napoli, Editrice Ferraro, 1994 ISBN 88-7271-126-6
KHJ Buschow, Enciclopedia materialelor: știință și tehnologie , Elsevier , 2001, ISBN 0-08-043152-6 .
Charles Kittel , Introducere în fizica statelor solide , al șaselea, John Wiley & Sons , 1986, ISBN 0-471-87474-4 .
Ramon Pallàs-Areny și John G Webster, Sensors and Signal Conditioning , 2nd, John Wiley & Sons , 2001, pp. 262 -263, ISBN 978-0-471-33232-9 .
Nicola A. Spaldin, Magnetic materials: fundamentals and applications , 2nd, Cambridge, Cambridge University Press, 2010, ISBN 978-0-521-88669-7 .
Harald Ibach și Hans Lüth, Fizică în stare solidă: o introducere la principiile științei materialelor , al patrulea actualizat și extins pe larg, Berlin, Springer, 2009, ISBN 978-3-540-93803-3 .
Robert A Levy, Principiile fizicii statelor solide , Academic Press, 1968, ISBN 978-0-12-445750-8 .
HY Fan,Elements of Solid State Physics , Wiley-Interscience, 1987, ISBN 978-0-471-85987-1 .
Adrianus J Dekker, Fizica statelor solide , Macmillan, 1958, ISBN 978-0-333-10623-5 .
N Cusack,Proprietățile electrice și magnetice ale solidelor , Longmans, Green, 1958.
JR Hook, HE Hall, Fizică în stare solidă , 2, Chichester, Wiley, 1994, ISBN 0-471-92805-4 .
André Guinier; Rémi Jullien, The solid state from superconductors to superalloys, Pbk., Oxford, Oxford Univ. Press, 1989, ISBN 0-19-855554-7 .
K. Mendelssohn, Căutarea zero absolut: sensul fizicii la temperatură scăzută , cu unități SI., 2nd, London, Taylor și Francis, 1977, ISBN 0-85066-119-6 .
HP Myers, fizică introductivă în stare solidă. , Ediția a II-a, Londra, Taylor & Francis, 1997, ISBN 0-7484-0660-3 .
Charles Kittel, Introduction to solid state physics , 7. ed., New York [ua], Wiley, 1996, ISBN 0-471-11181-3 .
John Palmer, Planar Ising correlations , [Online-Ausg.]., Boston, Birkhäuser, 2007, ISBN 978-0-8176-4620-2 .
Dalía S Bertoldi, Bringa, Eduardo M; Miranda, EN, Soluție analitică a câmpului mediu Ising Model pentru sisteme finite , în Journal of Physics: Condensed Matter , vol. 24, n. 22, 6 iunie 2012, p. 226004, Bibcode : 2012JPCM ... 24v6004B , DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 24/22/226004 . Adus de 12 februarie 2013.
Robert Brout, Phase Transitions , New York, Amsterdam, WABenjamin.INC, 1965.
C. Rau, Jin, C.; Robert, M., Ordinea feromagnetică la suprafețe Tb peste temperatura vracului Curie , în Journal of Applied Physics , vol. 63, nr. 8, 1 ianuarie 1988, p. 3667, Bibcode : 1988JAP .... 63.3667R , DOI : 10.1063 / 1.340679 . Adus pe 19 februarie 2013 .
R. Skomski, Sellmyer, DJ, Curie temperature of nanostructures multifhase, în Journal of Applied Physics , vol. 87, nr. 9, 1 ianuarie 2000, p. 4756, Bibcode : 2000JAP .... 87.4756S , DOI : 10.1063 / 1.373149 . Adus pe 19 februarie 2013 .
Victor Lopez-Dominguez, Hernàndez, Joan Manel; Tejada, Javier; Ziolo, Ronald F., Reducerea colosală a temperaturii Curie datorită efectelor de dimensiuni finite în nanoparticulele CoFe2O4 , în Chimia materialelor , vol. 25, nr. 1, 8 ianuarie 2013, pp. 6-11, DOI : 10.1021 / cm301927z . Adus pe 19 februarie 2013 .
SK Bose, Kudrnovský, J.; Drchal, V.; Turek, I., Dependența de presiune a temperaturii Curie și a rezistivității în aliaje Heusler complexe , în Physical Review B , vol. 84, nr. 17, 29 noiembrie 2011, Bibcode : 2011PhRvB..84q4422B , DOI : 10.1103 / PhysRevB.84.174422 , arXiv : 1010.3025 . Adus la 20 ianuarie 2013 .
John G. Webster, Manualul de măsurare, instrumentare și senzori , [Online-Ausg.], Boca Raton, Florida, CRC Press publicat în cooperare cu IEEE Press, 1999, ISBN 0-8493-8347-1 .
Attay Kovetz, Principiile teoriei electromagnetice. , Primul publicat., Cambridge [Anglia], Cambridge University Press, 1990, ISBN 0-521-39997-1 .
Rolf E. Hummel, Proprietăți electronice ale materialelor , 3. ed., New York [ua], Springer, 2001, ISBN 0-387-95144-X .
KJ Pascoe, Proprietățile materialelor pentru inginerii electrici. , New York, NY, J. Wiley și Sons, 1973, ISBN 0-471-66911-3 .
Paulsen, Jason A. Lo, Chester CH; Snyder, John E.; Ring, AP; Jones, LL; Jiles, David C. Jones, Studiul temperaturii Curie a compozitelor pe bază de ferită de cobalt pentru aplicații cu senzori de stres , 39, Număr: 5, septembrie 2003, pp. 3316-3318. accesso necesită url ( ajutor )
Hae Jin Hwang, Nagai, Toru; Ohji, Tatsuki; Sando, Mutsuo; Toriyama, Motohiro; Niihara, Koichi,Curie Temperature Anomaly in Lead Zirconate Titanate / Silver Composites , în Journal of the American Ceramic Society , vol. 81, nr. 3, 21 ianuarie 2005, pp. 709-712, DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1998.tb02394.x . Adus pe 12 martie 2013 .
Aymeric Sadoc, Mercey, Bernard; Simon, Charles; Grebille, Dominique; Prellier, Wilfrid; Lepetit, Marie-Bernadette, Creșterea mare a temperaturii Curie prin controlul orbital de ordonare , în Physical Review Letters , vol. 104, nr. 4, 16 noiembrie 2009, Bibcode : 2010PhRvL.104d6804S , DOI : 10.1103 / PhysRevLett.104.046804 , arXiv : 0910.3393 . Adus pe 19 februarie 2013 .
Pierre Curie - Biografie , pe Nobelprize.org, Din Nobel Lectures, Physics 1901-1921, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967 , The Nobel Foundation 1903. Accesat la 14 martie 2013 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lemă « histerezis »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre histerezis

linkuri externe

Prezentare generală a unghiului de contact Hysteresis , pe ramehart.com .
Modelul preisach de histerezis - coduri Matlab dezvoltate de Zs. Szabó și Gy. Kádár , pe evtsz.bme.hu . Adus pe 29 august 2013 (depus de „Url-ul original 3 ianuarie 2009).
Hysteresis , la hyperphysics.phy-astr.gsu.edu .
Ce este histerezisul? , pe lassp.cornell.edu .
Sisteme dinamice cu histerezis (pagină web interactivă) , pe euclid.ucc.ie . Adus pe 29 august 2013 (depus de „url original 2 noiembrie 2005).
Applet de inversare a magnetizării (rotație coerentă) , pe bama.ua.edu . Adus pe 29 august 2013 (arhivat din original la 3 martie 2016) .
Histereză elastică și benzi de cauciuc , la madphysics.com . Adus pe 29 august 2013 (depus de „url original 27 martie 2008).

Controlul autorității	LCCN (EN) sh85063849 · GND (DE) 4132813-9

Portalul Economiei	Portalul de fizică
Portalul Medicinii	Portal de metrologie

[1] A. Mielke și T. Roubícek, Un model independent de rată pentru comportamentul inelastic al aliajelor de memorie de formă , în modelul cu mai multe scale. Simul. , vol. 1, nr. 4, 2003, pp. 571-597, DOI : 10.1137 / S1540345903422860 .

[cir-2] Mencuccini, Silvestrini , Pagina 319 .

[3] Roberto Pardolesi, „Software”, „drepturi de proprietate” și drepturi de autor: întoarcerea din țara minunilor , în Italian Forum , vol. 1987, 3, II, p. 300.

[4] Guido Noto La Diega, În lumina capetelor. Istereza drepturilor de autor și excepția copiilor private după Academia Britanică de Compozitori, Compozitori și Autori (BASCA) și alții împotriva secretarului de stat pentru afaceri, inovare și abilități , în Quaderni di Legge Mercato Tecnologia , vol. 2015, II.

[1]

[2]

[3]

[4]