Jev, kdy hustota toku B zaostává za magnetizující silou H v magnetickém materiálu, se nazývá magnetická hystereze. Slovo hystereze je odvozeno z řeckého slova Hysterein, což znamená zaostávat.
Jinými slovy, když se magnetický materiál zmagnetuje nejprve v jednom směru a pak v druhém směru, čímž se dokončí jeden cyklus magnetizace, zjistí se, že hustota toku B zaostává za působící magnetizační silou H.
Existují různé typy magnetických materiálů, jako jsou paramagnetické, diamagnetické, feromagnetické, feromagnetické a antiferomagnetické materiály. Feromagnetické materiály jsou zodpovědné především za vznik hysterezní smyčky.
Když se magnetické pole nepřikládá, feromagnetický materiál se chová jako paramagnetický materiál. To znamená, že v počáteční fázi nejsou dipóly feromagnetického materiálu vyrovnány, jsou rozmístěny náhodně.
Jakmile se na feromagnetický materiál přiloží magnetické pole, jeho dipólové momenty se vyrovnají v jednom určitém směru, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku, což má za následek mnohem silnější magnetické pole.
Obsah:
- Reziduální magnetismus
- Koercitivní síla
- Měkký magnetický materiál
- Tvrdý magnetický materiál
- Aplikace magnetické hystereze
Pro pochopení jevu magnetické hystereze uvažujme prstenec magnetického materiálu rovnoměrně navinutý solenoidem. Solenoid je připojen ke zdroji stejnosměrného proudu prostřednictvím dvoupólového reverzibilního spínače (D.P.D.T), jak je znázorněno na následujícím obrázku:
Na počátku je spínač v poloze 1. V poloze 2 je spínač v poloze 3. V poloze 4 je spínač v poloze 4. Snižováním hodnoty R se hodnota proudu v solenoidu postupně zvyšuje, což má za následek postupné zvyšování intenzity pole H, hustota toku také roste, až dosáhne bodu nasycení a a získaná křivka je „oa“. K nasycení dochází, když se při zvyšování proudu dipólový moment nebo molekuly magnetického materiálu vyrovnají v jednom směru.
Nyní se snižováním proudu v solenoidu na nulu magnetizační síla postupně snižuje na nulu. Hodnota hustoty toku však nebude nulová, protože při H=0 má stále hodnotu „ob“, takže získaná křivka je „ab“, jak ukazuje následující obrázek. Tato hodnota ‚ob‘ hustoty toku je způsobena zbytkovým magnetismem.
Zbytkový magnetismus
Velikost hustoty toku ob zadržovaná magnetickým materiálem se nazývá zbytkový magnetismus a síla jeho zadržování se nazývá retenzivita materiálu.
Nyní se pro demagnetizaci magnetického kroužku změní poloha reverzibilního přepínače D.P.D.T do polohy 2, a tím se změní směr toku proudu v solenoidu, což má za následek zpětnou magnetizační sílu H.
Když se H zvětší v opačném směru, hustota toku začne klesat a stane se nulovou (B=0) a výše zobrazená křivka sleduje dráhu bc. Zbytkový magnetismus materiálu se odstraní působením magnetizační síly známé jako koercitivní síla v opačném směru.
Koercitivní síla
Velikost magnetizační síly oc potřebné k vymazání zbytkového magnetismu ob se nazývá koercitivní síla znázorněná růžovou barvou na výše uvedené hysterezní křivce.
Nyní se pro dokončení hysterezní smyčky magnetizační síla H dále zvětšuje v opačném směru, až dosáhne bodu nasycení d, ale v záporném směru, křivka sleduje dráhu cd. Hodnota H se sníží na nulu H=0 a křivka získá dráhu de, kde oe je zbytkový magnetismus, když je křivka v záporném směru.
Poloha přepínače se z polohy 2 opět změní na 1 a proud v solenoidu se opět zvýší, jako se to provedlo v procesu magnetizace, a díky tomu se H zvýší v kladném směru a sleduje dráhu jako „efa“, a nakonec je hysterezní smyčka dokončena. Na křivce je opět „of“ magnetizační síla, známá také jako koercitivní síla potřebná k odstranění zbytkového magnetismu „oe“.
Zde je celková koercitivní síla potřebná k odstranění zbytkového magnetismu v jednom úplném cyklu označena „cf“. Z výše uvedeného pojednání je zřejmé, že hustota toku B vždy zaostává za magnetizační silou H. Proto se smyčka ‚abcdefa‘ nazývá smyčka magnetické hystereze nebo hysterezní křivka.
Magnetická hystereze má za následek rozptyl promarněné energie ve formě tepla. Ztracená energie je úměrná ploše magnetické hysterezní smyčky. Existují hlavně dva typy magnetických materiálů, měkký magnetický materiál a tvrdý magnetický materiál.
Měkký magnetický materiál
Měkký magnetický materiál má úzkou magnetickou hysterezní smyčku, jak je znázorněno na obrázku níže, která má malé množství rozptýlené energie. Tvoří je materiál, jako je železo, křemíková ocel atd.
- Používá se v zařízeních, která vyžadují střídavé magnetické pole.
- Má nízkou koercitivitu.
- Nízká magnetizace
- Nízká retenční schopnost
Tvrdý magnetický materiál
Tvrdý magnetický materiál má širší hysterezní smyčku, jak je znázorněno na obrázku níže, a vede k velkému rozptylu energie a proces demagnetizace je obtížněji dosažitelný.
- Má vysokou retenční schopnost
- Vysokou koercitivitu
- Vysoké nasycení
.
Použití magnetické hystereze
- Magnetický materiál, který má širší hysterezní smyčku, se používá v zařízeních, jako je magnetická páska, pevný disk, kreditní karty, zvukové záznamy, protože jeho paměť se nesnadno maže.
- Magnetické materiály, které mají úzkou hysterezní smyčku, se používají jako elektromagnety, solenoidy, transformátory a relé, které vyžadují minimální rozptyl energie.
.