Гистерезис

В физике понятие гистерезис обозначает явление, в котором параметр, определяющий состояние тела (вещества), проявляет неоднозначную зависимость от физической величины, характеризующей внешние условия (изменение внешних условий). Гистерезис наблюдают в случае, если состояние вещества в настоящий момент времени зависит не только от внешних условий сейчас, но и связано с предысторией состояний тела. Для того чтобы изменить состояние тела всегда необходимо время (время релаксации). Чем медленнее производится процесс изменения внешних условий, тем меньше отставание в реакции. Для некоторых процессов замедление процесса изменений не уменьшает отставание. В таких случаях говорят о явлении гистерезиса.

Явление гистерезиса может проявляться не только в физике, но и в технике, биологии, экономике, социологии и т.д.

В физике наиболее часто имеют дело с гистерезисом магнитным, сегнетоэлектрическим и упругим.

Магнитный гистерезис

Намагниченность магнетиков, например, железа зависит не только от того какова напряженность магнитного поля в данный момент, но и от того в каком поле он находился до этого. Так, если взять кусок железа не намагниченного, поместить его в магнитном поле, увеличивать напряженность внешнего магнитного поля и измерять намагниченность железа, намагниченность будет постепенно расти, сначала резко, затем медленнее и при некоторых величинах напряженности поля перестанет увеличиваться. Железо достигает магнитного насыщения, при этом все элементарные токи ориентированы. Получив насыщение, будем ослаблять внешнее магнитное поле. Намагниченность вещества станет уменьшаться, но этот процесс пойдет медленнее, чем происходил рост. Железо будет сохранять остаточную намагниченность при напряженности магнитного поля равном нулю. Для размагничивания железа требуется приложить внешнее магнитное поле, которое будет направлено в противоположную строну. Намагниченность железа зависит не только от того какова напряженность поля в рассматриваемый момент времени, но и предыстории состояний вещества. Графической характеристикой явления магнитного гистерезиса является петля гистерезиса.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Если сегнетоэлектрик помещают в электрическое поле, сначала поляризация резко увеличивается, затем происходит насыщение. При уменьшении поля поляризация уменьшается медленнее, чем росла. В процессе уменьшения поля проявляется явление остаточной поляризации (при напряженности поля равной нулю, поляризация отличается от нуля). Явление сегнетоэлектрическое гистерезиса характеризуют при помощи замкнутой кривой, которую называют петлей гистерезиса.

Упругий гистерезис

Упругий гистерезис – это проявление явления внутреннего трения. Если создается циклическая нагрузка и разгрузка тела, то графически диаграмма напряжений – деформаций изображается как петля гистерезиса. Причиной возникновения упругого гистерезиса является появление в некоторых отдельных элементах тела местных пластических деформаций, которые создают в окружающем их пространстве остаточные напряжения.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Кривые намагничивания для разных видов металла представлены на рис.1 Кривая 1 относится к мягкому железу. Кривая 2 – закаленная сталь. Кривая 3 – это незакаленная сталь. Какой из материалов больше всего пригоден для электромагнита с быстрой регулировкой?
Решение	Сделаем рисунок. Рис. 1 Процесс намагничивания вещества можно отображать связью между вектором намагниченности (J) от напряженности внешнего поля (H), а можно характеризовать кривой B(H). Кривые гистерезиса изображают ход зависимости B(H) для трех сортов металлов. По форме петли гистерезиса можно отобрать материал, который бы самым лучшим образом подходил для решения той или иной практической задачи. Например, для создания постоянных магнитов используют материал с наибольшей коэрцитивной силой. (Напряженность размагничивающего поля – мера того, как прочно удерживается состояние намагничивания магнетика, это и есть коэрцитивная сила). Так, исходя из рис.1, для создания постоянного магнита подойдет закаленная сталь, так как у нее самая большая (судя по петле гистерезиса) остаточная намагниченность. Для создания электромагнита с быстрой регулировкой требуется, чтобы задержка отклика на изменение внешнего поля была минимальна, поэтому из представленных материалов для него (из рис.1) больше остальных подойдет мягкое железо.
Ответ	Мягкое железо (петля гистерезиса 1)