|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Гистерезис | Гистерезис (далее Г) (от греч. hysteresis - отставание, запаздывание), явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно зависит от физические величины, характеризующей внешние условия (например, поля). Г наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т.к. для изменения состояния тела всегда требуется определенное время (время релаксации) и реакция тела отстает от вызывающих ее причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внешние условия Однако для некоторых процессов отставание при замедлении изменения внешних условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин называется гистерезисной, а само явление - Г
Г наблюдается в различных веществах и при разных физических процессах. Наибольший интерес представляют: Г, диэлектрический Г и упругий Г
Г наблюдается в материалах, например в ферромагнетиках. Основной особенностью ферромагнетиков является наличие спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. Обычно ферромагнетик намагничен не однородно, а разбит на домены - области однородной спонтанной намагниченности, у которых величина намагниченности ( момента единицы объема) одинакова, а направления различны. Под действием внешнего поля число и размеры доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счет др. доменов. Кроме того, моменты отдельных доменов могут поворачиваться по полю. В результате момент образца увеличивается.
На рис. 1 изображена зависимость момента М ферромагнитного образца от напряженности Н внешнего поля (кривая намагничивания). В достаточно сильном поле образец намагничивается до насыщения (при дальнейшем увеличении поля значение М практически не изменяется, точка А). При этом образец состоит из одного домена с моментом насыщения Ms, направленным по полю. При уменьшении напряженности внешнего поля Н момент образца М будет уменьшаться по кривой преимущественно за счет возникновения и роста доменов с моментом, направленным против поля. Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение затруднено из-за наличия в образце различных дефектов (примесей, неоднородностей и т.п.), которые закрепляют доменные стенки в некоторых положениях; требуются достаточно сильные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля Н до нуля у образца сохраняется т. н. остаточный момент Mr (точка В).
Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) Нс (точка С). При дальнейшем увеличении поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой . Т. о., при циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение момента образца, образует петлю Г Если поле Н циклически изменять в таких пределах, что намагниченность насыщения не достигается, то получается непредельная петля Г (кривая ). Уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой .
При Г одному и тому же значению напряженности внешнего поля Н соответствуют разные значения момента М. Эта неоднозначность обусловлена влиянием состояний образца, предшествующих данному (т. е. предысторией образца).
Вид и размеры петли Г, величина Нс в различных ферромагнетиках могут меняться в широких пределах. Например, в чистом Нс= 1 э, в сплаве Нс= 580 э. На петлю Г сильно влияет обработка материала, при которой изменяется число дефектов (рис. 2).
Площадь петли Г равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идет, в конечном счете, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г нежелательны (например, в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрических машин), применяют материалы, обладающие малым Нс и малой площадью петли Г Для изготовления постоянных напротив, требуются материалы с большим Нс.
С ростом частоты переменного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью. Соответственно площадь петли Г при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда называют динамической петлей, в отличие от описанной выше статической петли.
От момента зависят многие др. свойства ферромагнетика, например электрическое сопротивление, механическая деформация. Изменение момента вызывает изменение и этих свойств. Соответственно наблюдается, например, гальваномагнитный Г, Г
Диэлектрический Г наблюдается обычно в сегнетоэлектриках, например Зависимость поляризации Р от напряженности электрического поля Е в сегнетоэлектриках (рис. 3) подобна зависимости М от Н в ферромагнетиках и объясняется наличием спонтанной электрической поляризации, электрических доменов и трудностью перестройки доменной структуры. Гные потери составляют большую часть диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках.
Поскольку с поляризацией связаны др. характеристики сегнетоэлектриков, например деформация, то с диэлектрическим Г связаны др. виды Г, например пьезоэлектрический Г (рис. 4), Г электрооптического эффекта. В некоторых случаях наблюдаются двойные петли диэлектрического Г (рис. 5). Это объясняется тем, что под влиянием электрического поля в образце происходит фазовый переход с перестройкой структуры. Такого рода диэлектрический Г тесно связан с Г при фазовых переходах.
Упругий Г, т. е. гистерезисная зависимость деформации и от механического напряжения s, наблюдается в любых реальных материалах при достаточно больших напряжениях (рис. 6). Упругий Г возникает всякий раз, когда имеет место пластическая (неупругая) деформация (см. Пластичность). Пластическая деформация обусловлена перемещением дефектов, например дислокаций, всегда присутствующих в реальных материалах. Примеси, включения и др. дефекты, а также сама решетка стремятся удержать дислокацию в определенных положениях в Поэтому требуются напряжения достаточной величины, чтобы сдвинуть дислокацию. Механическая обработка и введение примесей приводят к закреплению дислокаций, в результате чего происходит упрочнение материала, пластическая деформация и упругий Г наблюдаются при больших напряжениях. Энергия, теряемая в образце за один цикл, идет в конечном счете на нагревание образца. Потери на упругий Г дают вклад во внутреннее трение. В случае упругих деформаций, помимо гистерезисных, есть и др. потери, например обусловленные вязкостью. Величина этих потерь, в отличие от гистерезисных, зависит от частоты изменения s (или и). Иногда понятие "упругий Г" употребляется шире - говорят о динамической петле упругого Г, включающей все потери на данной частоте.
Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Современное учение о магнетизме, М. - Л., 1952; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические пер. с англ., М., 1965; Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, М., 1969; Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960.
А. П. Леванюк, Д. Г Санников.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
