Fænomenet, hvor fluxtætheden B halter bagefter den magnetiserende kraft H i et magnetisk materiale, kaldes magnetisk hysterese. Ordet Hysteresis er afledt af det græske ord Hysterein betyder at halte bagefter.
Med andre ord, når det magnetiske materiale magnetiseres først i den ene retning og derefter i den anden retning og fuldfører en magnetiseringscyklus, viser det sig, at fluxtætheden B halter bagefter den påførte magnetiseringskraft H.
Der findes forskellige typer af magnetiske materialer såsom paramagnetiske, diamagnetiske, ferromagnetiske, ferromagnetiske, ferromagnetiske og antiferromagnetiske materialer. Ferromagnetiske materialer er primært ansvarlige for frembringelsen af hysteresesløjfen.
Når magnetfeltet ikke er påført, opfører det ferromagnetiske materiale sig som et paramagnetisk materiale. Det betyder, at i den indledende fase er det ferromagnetiske materiales dipolmomenter ikke justeret, de er tilfældigt placeret.
Så snart det magnetiske felt påføres det ferromagnetiske materiale, retter dets dipolmomenter sig ud i en bestemt retning som vist i ovenstående figur, hvilket resulterer i et meget stærkere magnetfelt.
Indhold:
- Restmagnetisme
- Koercitivkraft
- Blødt magnetisk materiale
- Hårdt magnetisk materiale
- Anvendelser af magnetisk hysterese
For at forstå fænomenet magnetisk hysterese skal man betragte en ring af magnetisk materiale, der er viklet ensartet med en solenoide. Solenoiden er forbundet til en jævnstrømskilde gennem en D.P.D.T. (Double pole double throw) omvendbar afbryder som vist i nedenstående figur:
Initialt er afbryderen i position 1. Ved at mindske værdien af R stiger værdien af strømmen i solenoiden gradvist, hvilket resulterer i en gradvis stigning i feltintensiteten H, fluxtætheden stiger også, indtil den når mætningspunktet a, og den kurve, der opnås, er “oa”. Mætning opstår, når dipolmomentet eller molekylerne i magnetmaterialet ved forøgelse af strømmen retter sig i én retning.
Nu ved at mindske strømmen i solenoiden til nul reduceres magnetiseringskraften gradvist til nul. Men værdien af fluxtætheden bliver ikke nul, da den stadig har værdien “ob”, når H=0, så den kurve, der opnås, er “ab”, som vist i nedenstående figur. Denne værdi ‘ob’ af fluxtætheden skyldes restmagnetismen.
Restmagnetisme
Værdien af den fluxtæthed ob, der bevares af det magnetiske materiale, kaldes restmagnetisme, og kraften til at bevare den er kendt som materialets retentivitet.
Nu for at afmagnetisere den magnetiske ring ændres D.P.D.T.-omskifterens position til position 2, og dermed vendes strømmen i solenoiden i omvendt retning, hvilket resulterer i en omvendt magnetiseringskraft H.
Når H øges i omvendt retning, begynder fluxtætheden at falde og bliver nul (B=0), og den ovenfor viste kurve følger banen bc. Materialets restmagnetisme fjernes ved at anvende den magnetiserende kraft, der er kendt som koercitivkraft, i den modsatte retning.
Koercitivkraft
Værdien af den magnetiserende kraft oc, der kræves for at udslette restmagnetismen ob, kaldes koercitivkraft, der er vist med lyserød farve i den ovenfor viste hysteresekurve.
Nu for at fuldføre hysteresesløjfen øges magnetiseringskraften H yderligere i den modsatte retning, indtil den når mætningspunktet d, men i den negative retning, kurven følger stien cd. Værdien af H reduceres til nul H=0, og kurven får stien de, hvor oe er restmagnetismen, når kurven er i negativ retning.
Kontaktens position ændres fra position 2 til 1 igen, og strømmen i solenoiden øges igen som i magnetiseringsprocessen, og på grund af dette øges H i positiv retning og følger stien som “efa”, og endelig er hysteresesløjfen fuldført. I kurven er “of” igen den magnetiserende kraft, også kendt som den koercitive kraft, der er nødvendig for at fjerne den resterende magnetisme “oe”.
Her er den samlede koercitive kraft, der er nødvendig for at fjerne den resterende magnetisme i en hel cyklus, angivet med “cf”. Af ovenstående diskussion fremgår det klart, at fluxtætheden B altid halter bagud i forhold til magnetiseringskraften H. Derfor kaldes løkken ‘abcdefa’ for den magnetiske hysteresesløjfe eller hysteresekurve.
Magnetisk hysteresis resulterer i spild af spildt energi i form af varme. Den spildte energi er proportional med arealet af den magnetiske hysteresesløjfe. Der findes hovedsageligt to typer magnetisk materiale, blødt magnetisk materiale og hårdt magnetisk materiale.
Blødt magnetisk materiale
Det bløde magnetiske materiale har en smal magnetisk hysteresesløjfe som vist i nedenstående figur, som har en lille mængde bortledt energi. De består af materialer som jern, siliciumstål osv.
- Det anvendes i de enheder, der kræver vekslende magnetfelter.
- Det har en lav koercitivitet.
- Lav magnetisering
- Lav retentivitet
Hårdt magnetisk materiale
Det hårde magnetiske materiale har en bredere hysteresesløjfe, som vist i nedenstående figur, og resulterer i en stor mængde energispild, og afmagnetiseringsprocessen er vanskeligere at opnå.
- Det har høj retentivitet
- Høj koercivitet
- Høj mætning
Anvendelser af magnetisk hysterese
- Magnetisk materiale med en bredere hysteresesløjfe anvendes i apparater som magnetbånd, harddisk, kreditkort, lydoptagelser, da dets hukommelse ikke let kan slettes.
- Magnetiske materialer med en smal hysteresesløjfe anvendes som elektromagneter, solenoider, transformatorer og relæer, som kræver minimal energiudledning.