Het verschijnsel van fluxdichtheid B die achterblijft bij de magnetiserende kracht H in een magnetisch materiaal staat bekend als Magnetische Hysterese. Het woord Hysterese is afgeleid van het Griekse woord Hysterein betekent achterblijven.
Met andere woorden, wanneer het magnetische materiaal eerst in de ene richting en vervolgens in de andere richting wordt gemagnetiseerd, waarbij één magnetiseringscyclus wordt voltooid, blijkt dat de fluxdichtheid B achterblijft bij de toegepaste magnetiseringskracht H.
Er zijn verschillende soorten magnetische materialen, zoals paramagnetische, diamagnetische, ferromagnetische en antiferromagnetische materialen. Ferromagnetische materialen zijn hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het ontstaan van de hysteresislus.
Wanneer het magnetisch veld niet wordt aangelegd gedraagt het ferromagnetische materiaal zich als een paramagnetisch materiaal. Dit betekent dat in het beginstadium de dipoolmomenten van het ferromagnetische materiaal niet zijn uitgelijnd, zij zijn willekeurig geplaatst.
Zodra het magneetveld op het ferromagnetische materiaal wordt aangelegd, richten de dipoolmomenten zich in één bepaalde richting uit, zoals in de bovenstaande figuur is aangegeven, waardoor een veel sterker magneetveld ontstaat.
Inhoud:
- Residueel magnetisme
- Coercitieve kracht
- Zacht magnetisch materiaal
- Hard magnetisch materiaal
- Toepassingen van magnetische hysterese
Om het verschijnsel van de magnetische hysterese te begrijpen, beschouwt men een ring van magnetisch materiaal die gelijkmatig met een solenoïde is omwonden. De elektromagneet is verbonden met een gelijkstroombron via een omkeerschakelaar met dubbele pool en dubbele worp (D.P.D.T), zoals weergegeven in de onderstaande figuur:
In eerste instantie staat de schakelaar in stand 1. Door de waarde van R te verlagen neemt de waarde van de stroom in de solenoïde geleidelijk toe, hetgeen resulteert in een geleidelijke toename van de veldsterkte H, de fluxdichtheid neemt ook toe totdat het verzadigingspunt a wordt bereikt en de verkregen curve “oa” is. Verzadiging treedt op wanneer bij toename van de stroom, het dipoolmoment of de moleculen van het magneetmateriaal zich in één richting richten.
Nu door de stroom in de solenoïde tot nul te verlagen, wordt de magnetiserende kracht geleidelijk tot nul gereduceerd. Maar de waarde van de fluxdichtheid zal niet nul zijn, want deze heeft nog steeds de waarde ‘ob’ wanneer H=0, zodat de verkregen kromme ‘ab’ is zoals in onderstaande figuur is aangegeven. Deze waarde ‘ob’ van de fluxdichtheid is het gevolg van het restmagnetisme.
Residueel Magnetisme
De waarde van de fluxdichtheid ob die door het magnetische materiaal wordt vastgehouden, wordt restmagnetisme genoemd, en het vermogen om dit vast te houden, staat bekend als Retentiviteit van het materiaal.
Nu wordt, om de magnetische ring te demagnetiseren, de stand van de D.P.D.T omkeerschakelaar gewijzigd in stand 2 en zo wordt de stroomrichting in de solenoïde omgekeerd, wat resulteert in omgekeerde magnetiserende kracht H.
Wanneer H in omgekeerde richting wordt verhoogd, begint de fluxdichtheid af te nemen en wordt nul (B=0) en de hierboven getoonde curve volgt het pad bc. Het restmagnetisme van het materiaal wordt verwijderd door toepassing van de magnetiserende kracht die bekend staat als coërcerende kracht in tegengestelde richting.
Coërcerende kracht
De waarde van de magnetiserende kracht oc die nodig is om het restmagnetisme ob weg te vagen, wordt coërcerende kracht genoemd die in de hysteresiscurve hierboven met roze kleur wordt aangegeven.
Nu wordt om de hysteresislus te voltooien de magnetiserende kracht H verder in omgekeerde richting opgevoerd tot het verzadigingspunt d is bereikt, maar in negatieve richting, de curve volgt het pad cd. De waarde van H wordt teruggebracht tot nul H=0 en de kromme krijgt het pad de, waarbij oe het restmagnetisme is wanneer de kromme in negatieve richting loopt.
De stand van de schakelaar wordt weer gewijzigd van stand 2 in 1 en de stroom in de solenoïde wordt weer verhoogd zoals gedaan in het magnetiseringsproces en hierdoor wordt H in positieve richting verhoogd en het pad als ‘efa’ gevolgd, en tenslotte is de hysteresislus voltooid. In de kromme is weer ‘of’ de magnetiserende kracht, ook bekend als de Coërcerende kracht die nodig is om het restmagnetisme ‘oe’ te verwijderen.
Hier wordt de totale Coërcerende kracht die nodig is om het restmagnetisme in één volledige cyclus weg te vegen, aangeduid met ‘cf’. Uit bovenstaande bespreking blijkt duidelijk dat de fluxdichtheid B altijd achterblijft bij de magnetiserende kracht H. Vandaar dat de lus ‘abcdefa’ de magnetische hystereselus of hysteresekromme wordt genoemd.
Magnetische hysteresis leidt tot dissipatie van verspilde energie in de vorm van warmte. De verspilde energie is evenredig met de oppervlakte van de magnetische hysteresislus. In hoofdzaak zijn er twee soorten magnetisch materiaal, zacht magnetisch materiaal en hard magnetisch materiaal.
Zacht magnetisch materiaal
Het zachte magnetische materiaal heeft een smalle magnetische hysteresislus, zoals in de onderstaande figuur is aangegeven, die een kleine hoeveelheid verspilde energie heeft. Zij worden samengesteld uit materiaal zoals ijzer, siliciumstaal, enz.
- Het wordt gebruikt in de apparaten die afwisselende magnetische velden vereisen.
- Het heeft een laag coërciviteit.
- Lage magnetisatie
- Lage retentiviteit
Hard magnetisch materiaal
Hard magnetisch materiaal heeft een bredere hysteresislus zoals te zien is in de onderstaande figuur en resulteert in een grote hoeveelheid energiedissipatie en het demagnetiseringsproces is moeilijker te bereiken.
- Het heeft een hoog terugslagvermogen
- Hoge coërciviteit
- Hoge verzadiging
Toepassingen van magnetische hysteresis
- Magnetisch materiaal met een bredere hysteresislus wordt gebruikt in apparaten zoals magneetband, harde schijf, creditcards, audio-opnamen als het geheugen is niet gemakkelijk gewist.
- Magnetische materialen met een smalle hysteresislus worden gebruikt als elektromagneten, solenoïden, transformatoren en relais die een minimale energiedissipatie vereisen.