Mágneses hiszterézisnek nevezzük azt a jelenséget, amikor egy mágneses anyagban a B fluxussűrűség elmarad a H mágnesező erő mögött. A hiszterézis szó a görög Hysterein szóból származik, ami azt jelenti, hogy lemaradni.
Más szóval, amikor a mágneses anyagot először az egyik, majd a másik irányba mágnesezzük, egy mágnesezési ciklust befejezve, azt tapasztaljuk, hogy a B fluxussűrűség lemarad az alkalmazott H mágnesező erő mögött.
A mágneses anyagoknak különböző típusai vannak, például paramágneses, diamágneses, ferromágneses, ferromágneses és antiferromágneses anyagok. A hiszterézishurok kialakulásáért elsősorban a ferromágneses anyagok felelősek.
Amikor a mágneses mezőt nem alkalmazzák, a ferromágneses anyag paramágneses anyagként viselkedik. Ez azt jelenti, hogy a kezdeti szakaszban a ferromágneses anyag dipólusai nem igazodnak egymáshoz, véletlenszerűen helyezkednek el.
Mihelyt a ferromágneses anyagra mágneses teret alkalmazunk, dipólusmomentumai a fenti ábrán látható módon egy adott irányba igazodnak, ami sokkal erősebb mágneses teret eredményez.
Tartalom:
- Maradó mágnesesség
- Kényszerítő erő
- Lágy mágneses anyag
- Kemény mágneses anyag
- A mágneses hiszterézis alkalmazásai
A mágneses hiszterézis jelenségének megértéséhez tekintsünk egy szolenoiddal egyenletesen feltekert mágneses anyagból készült gyűrűt. A szolenoid egy egyenáramú forráshoz van csatlakoztatva egy kétpólusú, kétszeres dobású (D.P.D.T.) reverzibilis kapcsolón keresztül, ahogy az alábbi ábrán látható:
A kapcsoló kezdetben az 1. állásban van. Az R értékének csökkentésével a szolenoidban folyó áram értéke fokozatosan növekszik, ami a H térerősség fokozatos növekedését eredményezi, a fluxussűrűség is növekszik, amíg el nem éri az a telítési pontot, és a kapott görbe “oa”. A telítődés akkor következik be, amikor az áram növelésével a dipólusmomentum vagy a mágneses anyag molekulái egy irányba igazodnak.
Most a szolenoidban lévő áram nullára csökkentésével a mágnesező erő fokozatosan nullára csökken. A fluxussűrűség értéke azonban nem lesz nulla, mivel H=0 esetén még mindig az “ob” értéket veszi fel, így a kapott görbe az alábbi ábrán látható “ab” lesz. A fluxussűrűségnek ez az ‘ob’ értéke a maradékmágnesesség miatt van.
Maradékmágnesesség
A mágneses anyag által megtartott ob fluxussűrűség értékét maradékmágnesességnek, a megtartás erejét pedig az anyag retentivitásának nevezzük.
A mágnesgyűrű demagnetizálásához most a D.P.D.T. reverzibilis kapcsoló helyzetét a 2. helyzetbe változtatjuk, és így a szolenoidban folyó áram iránya megfordul, ami H fordított mágnesező erőt eredményez.
Amikor H-t fordított irányban növeljük, a fluxussűrűség csökkenni kezd és nullává válik (B=0), és a fent látható görbe a bc pályát követi. Az anyag maradék mágnesességét a koercitív erőnek nevezett mágnesező erő ellenkező irányú alkalmazásával távolítjuk el.
Koercitív erő
A fenti hiszterézisgörbén rózsaszínnel jelölt koercitív erőnek nevezzük a maradék mágnesesség ob eltörléséhez szükséges oc mágnesező erő értékét.
A hiszterézishurok befejezéséhez most a H mágnesező erőt tovább növeljük a fordított irányban, amíg el nem éri a d telítési pontot, de negatív irányban, a görbe a cd pályát követi. A H értéke nullára csökken H=0 és a görbe a de pályát kapja, ahol oe a maradék mágnesesség, amikor a görbe negatív irányban van.
A kapcsoló helyzetét a 2-es helyzetből ismét 1-esre változtatjuk és a szolenoidban az áramot ismét növeljük, ahogy a mágnesezési folyamatban történt, és ennek köszönhetően a H pozitív irányban növekszik, az “efa” pályát követve, és végül a hiszterézishurok befejeződik. A görbén ismét ‘of’ a mágnesező erő, más néven az ‘oe’ maradék mágnesesség eltávolításához szükséges kényszerítő erő.
Itt a maradék mágnesesség egy teljes ciklusban történő eltüntetéséhez szükséges teljes kényszerítő erőt ‘cf’ jelöli. A fenti tárgyalásból világos, hogy a B fluxussűrűség mindig elmarad a H mágnesező erő mögött. Ezért az ‘abcdefa’ hurkot mágneses hiszterézis huroknak vagy hiszterézis görbének nevezzük.
A mágneses hiszterézis az elvesztegetett energia hő formájában történő disszipációját eredményezi. Az elvesztegetett energia arányos a mágneses hiszterézis hurok területével. Főleg kétféle mágneses anyag létezik, a lágy mágneses anyag és a kemény mágneses anyag.
Lágy mágneses anyag
A lágy mágneses anyagnak az alábbi ábrán látható keskeny mágneses hiszterézishurokja van, amely kis mennyiségű disszipált energiával rendelkezik. Olyan anyagokból készülnek, mint a vas, szilíciumacél stb.
- A váltakozó mágneses teret igénylő eszközökben használják.
- Alacsony koercivitással rendelkezik.
- alacsony mágnesezettség
- alacsony retentivitás
Kemény mágneses anyag
A kemény mágneses anyag szélesebb hiszterézishurokkal rendelkezik, ahogy az alábbi ábrán látható, és nagy mennyiségű energiaveszteséget eredményez, és a demagnetizációs folyamat nehezebben megvalósítható.
- Magas retentivitással rendelkezik
- Nagy koercitivitás
- Nagy telítettség
A mágneses hiszterézis alkalmazásai
- A szélesebb hiszterézishurokkal rendelkező mágneses anyagot olyan eszközökben használják, mint a mágnesszalag, merevlemez, hitelkártyák, hangfelvételek, mivel a memóriája nem törlődik könnyen.
- A keskeny hiszterézishurokkal rendelkező mágneses anyagokat elektromágnesekben, szolenoidokban, transzformátorokban és relékben használják, amelyek minimális energiaveszteséget igényelnek.