המילה היסטרזיס הוצגה ממילה יוונית עתיקה, כאשר המשמעות מתייחסת ל'אחור 'או' חוסר התאמה '. המונח היסטריה מגנטית נוסד בשנת 1890 על ידי המדען ג'יימס אלפרד יואינג בכדי לדעת את הביצועים והמוליכות של החומרים המגנטיים. לפני 1890, העבודה על מושג זה של היסטריה ברשתות מכניות בוצע על ידי ג'יימס מקסוול. כתוצאה מכך, המודלים שפותחו מהיסטריה קיבלו יותר משמעות בעבודות הקשורות לקליטה ומגנטיות. ואז, ניתוח מתמטי של היסטריה מגנטית היה ידוע בתקופת שנות השבעים על ידי מארק קרסנוס וצוותו. ועכשיו המאמר שלנו מסביר היסטריה מגנטית, עקומת ה- B-H, התנהגותה ויישומיה.
מהי היסטריה מגנטית?
זוהי התופעה של צפיפות המגנטיזציה 'B' שנמצאת בפיגור בעקבות הכוח המגנטי 'H' המתרחש בחומר מגנטי מכונה 'היסטריה מגנטית'. כדי להיות ברור, ניתן להסביר זאת כאשר חומר מגנטי נמצא תחת מגנטציה בפעם הראשונה ואז באופן אחר, המשלים מחזור אחד מלא של מגנטיזציה, ואז מתפתח צפיפות שטף שנשארת מאחורי כוח המגנטיזציה.
חומר מגנטי
עבור חומרים מגנטיים כגון ברזל, גם כאשר הם אינם נמצאים מתחת לשדה המגנטי, חלק מהיישור יישמר. כדי להפוך אותם ללא מגנטיים, זה צריך ליישם חום או שדה מגנטי בכיוון ההפוך. קיימים סוגים שונים של חומרים מגנטיים כמו פארא, דיא, פרו ואנטי פרומגנטית חומרים. בעזרת החומרים הפרומגנטיים ניתן לפתח את לולאת ההיסטרזה בקלות.
לולאה בהיסטריה מגנטית
לולאת ההיסטריה מגדירה את הקשר הקיים בין שדה המגנטיזציה לכמות אפקט המגנטיזציה. בזמן שינוי השדה המגנטי החיצוני בחומר פרומגנט, יפותח לולאת ההיסטרזה. הגרף שלהלן מתאר את העמדות והניתוח המפורט.
לולאה של היסטרזיס
הלולאה נוצרת תוך מדידת B עבור ערכי H מרובים ואם ערכים אלה מתוארים כצורה גרפית, אז היא יוצרת לולאה. כאן,
- הערך של 'B' עולה כאשר ערך 'H' מוגדל בו זמנית.
- הגדלת השפעת השדה המגנטי משפרת את ערך המגנטיות ובסוף היא מגיעה לנקודה 'A', שמכונה נקודת רוויה בה 'B' נשאר קבוע.
- על ידי הקטנת כמות השדה המגנטי, השפעת המגנטיות גם יורדת. אך ערכי 'B' ו- 'H' דומים וזהו '0', החומר המגנטי מחזיק בתכונות מגנטיות מעטות וזה מוגדר כמגנטיות שיורית או כמתמדה.
- וכשיש ירידה בהשפעה של שדה מגנטי, גם תכונת המגנטיות תקבל ירידה. וב- 'C', החומר משתחרר לחלוטין ויש לו אפס תכונות מגנטיות.
- שני הליכי הכיוון קדימה והפוך משלימים מחזור אחד שלם ויוצרים לולאה המכונה לולאת היסטריה.
מגנטיזציה או עקומת ב-ה
עם התיאוריה הבסיסית שלעיל, ברור שעקומות ההיסטרזה המגנטית שונות עבור סוגים שונים של חומרים. מהתמונה למטה נצפה כי צפיפות השטף עולה בהתאמה לחוזק השדה עד שהיא מגיעה לערך ספציפי ולאחר נקודה זו צפיפות השטף נשארת ככל שעוצמת השדה קבועה נותרה לגדול.
זה קורה בגלל הסיבה שקיימת מגבלה על ה- שֶׁטֶף כמות הצפיפות שעשויה להתפתח על ידי הליבה שכן כל התחומים הקיימים בחומר הברזל מיושרים במדויק. אחרי זה, זה לא מראה שום השפעה על 'M', ובגרף הנקודה בה צפיפות השטף היא בערך מקסימלי מכונה רוויה מגנטית.
הרוויה מתפתחת בגלל יישור אקראי של סידור המולקולה בתוך חומר הליבה וזה משנה את החלקיקים הקטנים בתוך החומר כדי להגיע ליישור מדויק. כאשר הערך של 'H' עולה, יהיה סידור מושלם יותר של החלקיקים המולקולריים עד שהם מגיעים לפיתוח צפיפות שטף מוגברת. וגם תוספת בחוזק השדה המגנטי בגלל שיפור בחשמל נוֹכְחִי Vale על פני הסליל לא יראה שום השפעה
לולאות היסטריות מגנטיות לחומרים רכים וקשים
התוצאה של היסטריה מגנטית היא פיזור אנרגיה שאינו בשימוש בצורה החום כאשר האנרגיה המפוזרת נמצאת בפרופורציה לינארית למידת לולאת ההיסטריה. ההפסדים שהתפתחו בגלל היסטריה מגנטית מראים גם את ההשפעה על הסוג המתחלף רוֹבּוֹטרִיקִים שם ישנה שינויים תכופים בכיוון הנוכחי. מסיבה זו, קטבים מגנטיים בחומר הליבה יוצרים הפסדים מכיוון שהם הופכים את כיוונם ללא הרף. התמונות שלהלן מתארות את לולאת ההיסטרזה בחומרים הרכים והקשים.
במגנט רך
לולאה במגנט רך
במגנט קשיח
עקומת היסטריה במגנט קשיח
סלילים מסתובבים הקיימים במערכות DC יפתחו גם הפסדי היסטריה כיוון שהם עוברים מתמשך דרך הקוטב המגנטי הדרומי והצפוני. כפי שכבר נאמר כי, גרף לולאת ההיסטרזה מבוסס על התנהגות החומר המגנטי בו משתמשים.
מגנטיות שיורית
מתוך לולאת ההיסטריה המגנטית, כמות צפיפות השטף הנשמרת על ידי החומר המגנטי מכונה כמגנטיות שיורית. וכמות התחזוקה מכונה כחומר החזקה לחומרים.
כוח כפייה
כמות הכוח הממגנט הנחוצה להסרת המאפיין המגנטי הנותר מהחומר מכונה כוח כפייה. כדי לסיים את לולאת ההיסטריה, הכוח המגנטי 'H' משופר יותר בכיוון ההפוך עד שהוא מגיע לנקודת רוויה. והערך של 'H', יגיע לאפס והלולאה מגיעה לנתיב 'דה', שם הנתיב 'oe' הוא המאפיין המגנטי שנותר כאשר הנתיב בכיוון ההפוך.
תוצאות היסטריה מגנטית הן בחוסר חום של אנרגיה מבוזבזת כמו בצורת החום. האנרגיה שמתפזרת היא יחסית למידת לולאת ההיסטרזה. במיוחד ישנם שני סוגים של חומר מגנטי במקום בו הם נמצאים חומר מגנטי רך ו חומר מגנטי קשיח .
יישומים
כמה מהם יישומים של היסטריה מגנטית הם:
מכיוון שלחומרים מגנטיים יש מגוון מורחב של לולאת היסטרזיס, הם מיושמים במכשירים כגון
- דיסק קשיח
- התקני הקלטת שמע
- קלטות מגנטיות
- כרטיסי אשראי
כמו כן, קיימים חומרים לולאתיים מגנטיים של היסטרזיס מגנטי ואלה משמשים
- רוֹבּוֹטרִיקִים
- סולנואידים
- אלקטרומגנטים
- ממסרים
מועסקים בשיכוך התנועה הזוויתית של לוויינים במסלול כדור הארץ המינימלי בגלל הופעת עידן החלל.
ולבסוף, כל זה קשור למושג היסטריה מגנטית. במאמר זה למדנו על לולאת ההיסטרזה, עקומת B-H, מגנטיות שיורית, כוח כפייה וכיצד הלולאה שונה עבור חומר מגנטי רך וקשה ויישומיו. חשוב עוד לדעת על מה חשיבות לולאת היסטריה ?
