Что такое гистерезис, какие польза и вред от данного явления

Для обозначения запаздывающих процессов применяют специальное название гистерезис что это такое в электротехнике можно понять после изучения представленных ниже сведений. В общем определении подразумевается наличие определенной задержки на внешнее воздействие. Изменение системы зависит от ее предыдущего состояния. Данное явление отличается от инерционности нелинейностью рабочих характеристик.

Общие понятия гистерезиса

Основные определения процесса поясняют следующие практические примеры. Что такое гистерезис в экономике? При рассмотрении данной сферы деятельности можно изучить стандартную организацию экспорта товаров. Для освоения новой территории необходимо выполнить несколько действий:

• изучить потенциальный интерес к определенной продукции с помощью исследования рынка;
• проверить наличие конкурентных предложений;
• создать дилерскую сеть (продажа и техническое обслуживание);
• обеспечить первичную поставку;
• провести рекламную кампанию.

На первоначальном этапе придется приложить достаточно большие усилия. Далее хорошо налаженный торговый механизм будет приносить прибыль в рабочем режиме. На этой стадии большее значение приобретают менее затратные контрольные функции. Если бизнес нужно будет перенести в другой регион, процесс повторяется аналогичным образом с определенной временной задержкой. Приведенный выше график наглядно демонстрирует изменение экономических параметров на примере физических величин.

Вещества и их магнитные свойства

Образцы, изготовленные из разных материалов, особым образом реагируют на воздействие магнитного поля. Основные различия определяются магнитной проницаемостью (μ). Это коэффициент (множитель), показывающий разницу векторного значения индукции (B) в этом веществе, по сравнению с вакуумом (B0):

• диамагнетики (μ≤1) – медь, вода, водород;
• парамегнетики (μ≥1) – эбонит, кислород, платина;
• ферромагнетики (μ значительно больше 1) – кобальт, никель, железо.

Магнитопровод

Последняя группа отличается магнетизмом, который сохраняется после удаления внешнего воздействия.

К сведению. При нагреве ферромагнетика на определенном уровне (точка Кюри) магнитные свойства пропадают. Для железа этот показатель составляет +770°C.

Намагниченность (М) можно определить, как разницу между индукциями (B-B0), либо выразить через проницаемость следующей формулой:

М = μ* B0 — B0 = (μ-1)*B0.

Разновидности

Современные нагревательные приборы могут оснащаться регулируемым или фиксированным регулятором температуры. От данной характеристики зависит цикличность переключения элемента.

1. Фиксированные. Эти регуляторы уже имеют заданные настройки смыкания/разъединения, с фиксируемым гистерезисом. Преимуществом такого элемента является отсутствие необходимости самостоятельно устанавливать момент срабатывания.

2. Регулируемые. Самые распространенные. Относятся к электромеханическому типу. Регулировка производится за счет увеличения или снижения механического давления на биметаллическую пластину. Регулировка производится вращением винта. Чем больше давление на пластину, тем чаще порог срабатывания при нагреве. Такие устройства дешевле фиксированных, имеют большую зависимость от состояния контакта цепи питания.

Приобретая нагревательный прибор важно знать о цикличности его работы. Это поможет настраивать и поддерживать необходимый режим.

Виды гистерезиса в физике

Что является источником магнитного поля

Для решения практических электротехнических задач следует изучить подробно магнитный гистерезис. Полное представление об аналогичных явлениях на основе физических принципов можно получить после рассмотрения сегнетоэлектрических и упругих процессов.

Магнитный гистерезис

В соответствии с базовым определением, это явление обозначает отставание намагниченности (М) материала от изменяющегося воздействия внешнего поля. Для эксперимента можно собрать схему, в которой ток пропускают через соленоид. Регулируют уровень напряженности (Н) с помощью параллельного переменного резистора. Сердечник – из ферромагнетика.

Важно! Представленные зависимости следует рассматривать в комплексе с графиком на первом рисунке.

До начала эксперимента образец обладает нейтральными характеристиками. Намагниченность и напряженность равны нулю, магнитные моменты доменов расположены хаотически. После замыкания цепи и увеличения силы тока увеличивается напряженность. На рисунке показано, как одновременно с этим изменяется направленность моментов. Индукция в образце (B) равна сумме напряженности и намагниченности с корректирующим множителем (μ0):

B = μ0*H + μ0*M.

На определенном уровне показатель μ0*M увеличивается до предельного значения. Последующее изменение напряженности внешнего поля не оказывает на него никакого влияния.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Причина особой формы графика в этом примере – образование поляризации без приложения сил внешнего поля. Такой эффект наблюдается в определенном температурном диапазоне. Соответствующие материалы называют сегнетоэлектриками.

На первом рисунке показана петля гистерезиса, где отмечены места:

• точкой «а» – состояние насыщения;
• Pc – остаточная поляризованность;
• -Ec– коэрцитивная сила.

На второй части (2) изображено хаотичное (а) и направленное (б) расположение доменов. Ориентацию вдоль линий электростатического поля применяют для создания конденсаторов с изменяемой емкостью.

К сведению. Как и в других веществах, при повышении температуры до уровня точки Кюри намагниченность пропадает.

Упругий гистерезис

Это явление объясняется особыми механическими свойствами отдельных материалов. Они сохраняют созданную достаточно сильным ударным воздействием форму. Типичный пример – изготовление изделий из металла с применением ковки.

Намагниченность или кривая B-H

Набор кривых намагничивания выше, представляет пример взаимосвязи между B и H для сердечников из мягкого железа и стали, но каждый тип материала сердечника будет иметь свой собственный набор кривых магнитного гистерезиса. Вы можете заметить, что плотность потока увеличивается пропорционально напряженности поля до тех пор, пока она не достигнет определенного значения, если оно больше не может становиться почти равным и постоянным, поскольку напряженность поля продолжает увеличиваться.

Это связано с тем, что существует ограничение на количество плотности потока, которое может генерироваться ядром, поскольку все домены в железе идеально выровнены. Любое дальнейшее увеличение не будет влиять на значение M , и точка на графике, где плотность потока достигает своего предела, называется магнитным насыщением, также известным как насыщение сердечника, и в нашем простом примере выше точки насыщения стальной кривой начинается примерно с 3000 ампер-витков на метр.

Насыщение происходит потому, что, как мы помним из предыдущей статьи по магнетизму, который включал теорию Вебера, случайное расположение структуры молекулы в материале ядра изменяется, когда крошечные молекулярные магниты в материале становятся «выстроенными».

По мере увеличения напряженности магнитного поля ( H ) эти молекулярные магниты становятся все более и более выровненными, пока они не достигнут идеального выравнивания, создавая максимальную плотность потока, и любое увеличение напряженности магнитного поля из-за увеличения электрического тока, протекающего через катушку, будет иметь мало или вообще не будет иметь эффекта.

Механизм возникновения петли гистерезиса

Эффект Холла

Для подробного изучения этого процесса нужно проанализировать отдельные участки кривой, обозначающей изменение индукции. Описание основных этапов:

1. сначала наблюдается смещение границ между соседними доменами;
2. далее ориентация моментов изменяется быстро в направлении силовых линий внешнего поля;
3. на этой стадии новое расположение границ становится необратимым;
4. этот участок характеризуется ростом отдельных доменов до максимального размера, магнитные моменты располагаются в точном соответствии линиям воздействующего поля;
5. завершающий участок показывает отсутствие влияния на магнитные моменты напряженности, созданной соленоидом.

Если уменьшить силовые параметры внешнего поля, образуется петля гистерезиса что это такое показывать можно на первой картинке (по направлению стрелок). Следует обратить внимание, что кривые отличаются. Запаздывание индукции соответствует базовым принципам явления. При нулевой напряженности B≠0. Эту величину называют остаточной индукцией. Данная особенность объясняет понятный процесс создания постоянного магнита. Сердечник сохраняет соответствующие свойства даже после отключения источника питания.

Намагниченность можно убрать повешением температуры до уровня точки Кюри определенного материала. Аналогичный результат получают с помощью соответствующего внешнего силового поля (-Hc). Эта напряженность создает коэрцитивную силу, достаточную для размагничивания сердечника из стали либо другого ферромагнетика. Завершенный полностью цикл называют петлей магнитного гистерезиса.

Применение гистерезиса в электротехнике и электронике

Намагниченность материалов и особенности переходных процессов следует учитывать при создании двигателей и трансформаторов. При эксплуатации этого оборудования в цепях переменного тока часть потребляемого электричества необходимо использовать для перемагничивания установленного сердечника. Аналогичные явления наблюдаются при работе коммутационных аппаратов. Изучение гистерезиса помогает увеличить КПД силовых машин и преобразователей напряжения, обеспечить необходимую скорость переключения реле.

На рисунке показана передаточная характеристика триггера Шмидта. Изменение выходного сигнала с определенным запаздыванием применяют для устранения ошибок при передаче информации. Обычный инвертор реагирует на импульсные помехи немедленным переключением. В данном случае временная задержка выполняет полезные функции фильтра. Она помогает корректно воспринимать управляющие сигналы в сложных условиях эксплуатации.

Такие решения применяют в электронике для исключения проблем при дребезге контактов. Расчетное замедление рабочих реакций можно пояснить с помощью типового терморегулятора. Если такое устройство создано без гистерезиса, переключения будут выполняться слишком часто. Однако в реальных условиях (отопление помещения) вполне достаточна точность ±3°C. Увеличив ширину петли, можно установить оптимальный диапазон для поддержания заданного температурного режима.

Погрешность

В электронике гистерезис может и навредить работе некоторых приборов. Такой эффект называется погрешность (ошибка) гистерезиса. Часто такой эффект можно наблюдать у датчика движения. Например, при движении объекта из точки А к точке Б датчик срабатывает в течение 1 секунды. А при движении в обратном направлении с сохранением траектории, датчик включается с замедлением 2 секунды. Причина этого явления кроется в разности выходных сигналов для входных сигналов, которые отличаются величиной при убывании и возрастании. При перемещении из точки А к точке Б величина входящего сигнала имеет разницу 30 МБ от величины того же сигнала при перемещении в обратном направлении. При учете чувствительности датчика 15 МБ/мм, гистерезис составит 3 мм. Разница величины сигнала зависит от изменения температуры воздуха, внешних помех, эффекта трения или дребезга контактов.

Использование графического изображения гистерезиса для расчётов

Для наглядного эксперимента можно собрать простую схему, представленную ниже:

• резистором R1 ограничивают переменный ток, проходящий через обмотку катушки;
• с элемента R2 снимают напряжение для формирования картинки на экране осциллографа;
• емкость конденсатора подбирают таким образом, чтобы 1/(w*С) получилось намного меньше R3.

После подключения к осциллографу на экране можно наблюдать петлю гистерезиса. Это изображение с учетом реального масштаба можно использовать для расчетов и оценки характеристик созданной катушки. В следующем списке приведено соответствие отдельных отрезков рассмотренным выше параметрам:

• ОА – коэрцитивная сила;
• ОС – остаточная индукция;
• ОД – индукция насыщения;
• ОВ – магнитное поле.

К сведению. По установленной площади петли можно определить потери. Размер этой области соответствует работе, которая затрачена на компенсацию коэрцитивных сил. Эта энергия разогревает ферромагнетик и фактически расходуется впустую.

LiveInternetLiveInternet

Суббота, 27 Сентября 2014 г. 12:07 + в цитатник
Фрагмент из книги Александры Марининой «Смерть ради смерти» (1995)«…Жил-был в городе Москве талантливый ученый-физик Григорий Войтович. Он очень долго не женился, все выбирал себе жену, и наконец выбрал молодую ослепительную красавицу Евгению. Посмотрите, вот ее фотография того периода, когда она познакомилась с Войтовичем. Они поженились, у них родилась дочка. Все мужчины завидовали маленькому плешивому Грише Войтовичу, который сумел «урвать» себе такой лакомый кусочек. Евгения любила мужа и хранила ему верность, в семье царили мир и покой. Несколько месяцев назад, во время работы над плановой темой, Войтович заметил, что разрабатываемое ими устройство дает так называемый обратный эффект. Подопытные животные реагировали на него весьма агрессивно, вплоть до пожирания друг друга, что вообще-то им не свойственно. Поскольку устройство предназначалось для использования в городской среде, Григорий Ильич стал настаивать на том, чтобы изложить результаты наблюдений за подопытными животными в итоговом отчете по теме. Это, несомненно, привело бы к обнародованию того факта, что антенна, имеющая вполне мирное предназначение, дает и обратный эффект, который выражается в резком повышении агрессивности живых существ, находящихся в поле действия обратной петли. Но кому-то эта идея очень не понравилась. Этот кто-то стал отговаривать Войтовича от того, чтобы добросовестно изложить результаты эксперимента. Я не знаю, как он его уговорил, чем он его взял, не исключено, что деньгами, но своего он добился. Отчет был сфальсифицирован, в нем не было ни одного слова о том, что в поле прямого действия антенны наблюдается побочный эффект снижения агрессивности, зато в поле обратного действия агрессивность резко повышается. Разработчики антенны скрыли эти данные. Зачем? Вот это я хотела бы знать. Получив ответ на этот вопрос, я ответила бы и на все остальные. Вы, Вадим, не знаете случайно, зачем они скрыли данные и подделали отчет? Нет? Жаль, я так на вас надеялась. Хорошо, я продолжу. Григорий Ильич Войтович с красавицей-женой и очаровательной малышкой-дочерью живут недалеко от Института, как раз на территории, которую охватывала та самая «обратная петля». И через некоторое время Войтович начинает ощущать действие антенны на собственной шкуре. Красота и молодость жены, которые раньше были для него предметом гордости и обожания, вдруг превратились в постоянный источник ревности. Ревность все углублялась и углублялась, ссоры в семье, которых раньше не было вообще, стали практически ежедневными и все более жестокими, с криками, битьем посуды и угрозами. Войтович много работал, задерживался в Институте допоздна, сидел там и в выходные дни, и в праздничные, практически не бывал нигде, кроме дома и своей лаборатории. Иными словами, несколько месяцев он находился под непрерывным воздействием антенны. Он не мог не понимать, что с ним происходит, и несколько раз обращался к человеку, с которым работал когда-то над антенной, и просил его обнародовать истинные результаты экспериментов. И опять этому человеку удалось уговорить Войтовича. Как? Чем? Я не знаю, но очень хочу узнать. Наконец происходит самое страшное – Войтович убивает свою горячо любимую жену. Антенна действует на людей по-разному, в зависимости от длительности пребывания в поле воздействия и от индивидуальных особенностей нервной системы и психики. Войтовичу не повезло, его психика откликнулась на воздействие обратного эффекта весьма бурно, а в поле воздействия он находился практически постоянно на протяжении шести месяцев. Он даже не понял, что убил жену, не мог в это поверить, в момент приезда милиции он был полубезумен. Его забрали и отвезли в место предварительного задержания, довольно далеко от Института и от антенны. И он стал приходить в себя. Он стал осознавать случившееся, припоминать, как и почему совершил убийство. И понял, что сам во всем виноват. Он дал себя уговорить, проявил слабость, уступил соблазну… Вы не знаете, Вадим, какому соблазну он уступил? Нет? Жаль. Так вот, Войтович понимает, что виноват во всем только он один. Вы просите, чтобы его отпустили домой. Через три дня он кончает с собой, написав предсмертную записку с такими словами: «Корни нашей вины уходят в бесконечность». Вам понятен смысл этой фразы, Вадим? Опять нет? Что ж, я вам сейчас объясню. Посмотрите для начала вот это. Открывайте папку и смотрите. Открывайте, открывайте, не стесняйтесь. Это фотографии зверски зарезанной Евгении Войтович. А это – жертвы других преступлений, совершенных на территории той самой «обратной петли». Вот этого мальчика забили до смерти школьники, ученики восьмого класса. Знаете за что? Он гулял с собакой рядом с площадкой, где они играли в футбол. Собака увидела мяч, вырвала у него из рук поводок и выбежала на площадку. Она была молодая и пока еще не обученная, ей очень хотелось поиграть. Юные футболисты были весьма недовольны тем, что на поле оказалась собака, и убили хозяина, которому было восемь лет. Посмотрите, во что они его превратили. Смотрите, Вадим, смотрите как следует, вам это пригодится. А это две девочки, ученицы шестого класса, им по одиннадцать лет. Их изнасиловали и убили учащиеся ПТУ, четырнадцать парней в возрасте шестнадцати-семнадцати лет. А вот этот мужчина оказался там случайно, шел из гостей, хотел закурить на улице, но у него не нашлось спичек, и он, на свою беду, попросил огонька у группы молодых людей, что-то обсуждавших в скверике. Им показалось, что прохожий был недостаточно вежлив, сказав им: «Ребята, у вас прикурить не будет?» Они сочли, что он должен был сначала поздороваться. Его долго не могли опознать, потому что документы он с собой в гости не брал, а лицо молодые люди превратили в бесформенное месиво. А это – парализованная старуха, которую убила собственная дочь. Старуха была полностью обездвижена, но речь была сохранена, и она, как каждый больной человек, к тому же и пожилой, была несносна. Капризничала, придиралась, жаловалась, не давала дочери возможности вести хоть какую-нибудь личную жизнь. Но разве из-за этого убивают? Да еще так жестоко. Смотрите, Вадим, внимательно, это все, что я смогла собрать, но у меня было мало времени. Это лишь небольшая часть того кошмара, который происходил в Восточном округе нашего города. Но и этого достаточно, чтобы понять, какова была цена, заплаченная за то, что кто-то сумел уговорить Войтовича промолчать. Так, может быть, вы скажете мне, ради чего он молчал? Ради чего заставил людей платить такую чудовищную цену? Снова нет? Ладно, давайте сюда папку с фотографиями, смотрите теперь вот на эту карту. Вот Восточный округ, вот здесь находится Институт. Видите неправильную восьмерку? Та петля, которая побольше, совпадает с полем прямого действия антенны и, соответственно, полем побочного эффекта в виде снижения агрессивности. Здесь очень мало точек, а точки эти обозначают места совершения убийств и изнасилований. И даже те точки, которые есть, разных цветов, но среди них почти нет черных и фиолетовых. Это означает, что убийства здесь, конечно, совершаются, но преимущественно не по хулиганским или бытовым мотивам, не в семье, а из корысти, мести, по заказу, с целью сокрытия другого преступления, например, изнасилования. И вообще, убийств здесь намного меньше, чем в любом другом районе города. А вот петля, которая поменьше, почти сплошь состоит из фиолетовых и черных точек, ими обозначены бытовые и хулиганские убийства. Вы знаете, что такое убийство из хулиганских побуждений? Это когда убивают человека, с которым нет никаких отношений, с которым ничто не связывает, убивают просто так, потому, что цвет его волос не понравился, или потому, что он попросил прикурить, не сказав перед этим «Добрый вечер, граждане», или просто потому, что у тебя плохое настроение и тебе хочется кого-нибудь убить. Что вы так на меня смотрите, Вадим? Вы не знаете, что из-за этого убивают? Ну да, конечно, у вас же государственные интересы, куда вам до наших будничных милицейских забот, вы и знать не знаете, из-за чего обыкновенные люди убивают других обыкновенных людей, у вас же одни шпионские страсти на уме…» (с. 20) Читать книгу
[/td]

Метки:
Маринина Александра Марина Александрова роман цитаты книги антенна агрессивность детективы преступность научные разработки исследования

Процитировано 1 раз

Нравится Поделиться

0

Нравится

• Запись понравилась
• Процитировали
• 0
  Сохранили

• Добавить в цитатник
• 0
  Сохранить в ссылки

Понравилось
0

Площадь магнитного гистерезиса

Материалы с магнитными свойствами разделяют на две группы по ширине петли гистерезиса. Магнитомягкие (узкий график) отличаются сравнительно небольшой коэрцитивной силой и соответствующими меньшими энергетическими затратами. Такие изделия применяют для изготовления электродвигателей, приводов, трансформаторов напряжения.

Магнитотвердые отличаются увеличенным временем реакции на воздействие внешним полем. Эти материалы используют для создания микросхем памяти, постоянных магнитов.