Zjawisko polegające na tym, że gęstość strumienia B pozostaje w tyle za siłą magnesującą H w materiale magnetycznym znane jest jako histereza magnetyczna. Słowo histereza pochodzi od greckiego słowa Hysterein oznacza pozostawać w tyle.
Innymi słowy, gdy materiał magnetyczny jest namagnesowany najpierw w jednym kierunku, a następnie w drugim kierunku, kończąc jeden cykl namagnesowania, stwierdza się, że gęstość strumienia B pozostaje w tyle za przyłożoną siłą magnesującą H.
Są różne rodzaje materiałów magnetycznych, takie jak materiały paramagnetyczne, diamagnetyczne, ferromagnetyczne i antyferromagnetyczne. Materiały ferromagnetyczne są głównie odpowiedzialne za generowanie pętli histerezy.
Gdy pole magnetyczne nie jest przyłożone, materiał ferromagnetyczny zachowuje się jak materiał paramagnetyczny. Oznacza to, że w początkowej fazie dipole materiału ferromagnetycznego nie są ustawione w jednej linii, są one rozmieszczone losowo.
Jak tylko pole magnetyczne zostanie przyłożone do materiału ferromagnetycznego, jego momenty dipolowe ustawiają się w jednym konkretnym kierunku, jak pokazano na powyższym rysunku, w wyniku czego powstaje znacznie silniejsze pole magnetyczne.
Zawartość:
- Magnetyzm szczątkowy
- Siła przyciągania
- Miękki materiał magnetyczny
- Twardy materiał magnetyczny
- Zastosowanie histerezy magnetycznej
Aby zrozumieć zjawisko histerezy magnetycznej, rozważmy pierścień materiału magnetycznego nawinięty równomiernie z solenoidem. Cewka jest podłączona do źródła prądu stałego poprzez przełącznik odwracalny z podwójnym biegunem (D.P.D.T), jak pokazano na poniższym rysunku:
Początkowo przełącznik znajduje się w pozycji 1. Zmniejszając wartość R stopniowo wzrasta wartość prądu w cewce, co powoduje stopniowy wzrost natężenia pola H, wzrasta również gęstość strumienia aż do osiągnięcia punktu nasycenia a, a uzyskana krzywa ma postać „oa”. Nasycenie występuje wtedy, gdy przy zwiększaniu natężenia prądu moment dipolowy lub cząsteczki materiału magnetycznego ustawiają się w jednym kierunku.
Teraz zmniejszając natężenie prądu w solenoidzie do zera siła magnesująca zmniejsza się stopniowo do zera. Ale wartość gęstości strumienia nie będzie równa zeru, ponieważ nadal ma wartość 'ob’, gdy H=0, więc uzyskana krzywa to 'ab’, jak pokazano na poniższym rysunku. Ta wartość 'ob’ gęstości strumienia jest spowodowana magnetyzmem szczątkowym.
Magnetyzm szczątkowy
Wartość gęstości strumienia ob zachowana przez materiał magnetyczny jest nazywana magnetyzmem szczątkowym, a siła jego zachowania jest znana jako Retentywność materiału.
Teraz, aby rozmagnesować pierścień magnetyczny, położenie przełącznika odwracalnego D.P.D.T zmienia się na pozycję 2 i w ten sposób kierunek przepływu prądu w cewce zostaje odwrócony, co powoduje powstanie odwrotnej siły magnetyzującej H.
Gdy H zwiększa się w kierunku odwrotnym, gęstość strumienia zaczyna maleć i staje się zerowa (B=0), a krzywa pokazana powyżej podąża ścieżką bc. Magnetyzm szczątkowy materiału jest usuwany przez przyłożenie w przeciwnym kierunku siły magnetyzującej znanej jako siła koercji.
Siła koercji
Wartość siły magnetyzującej oc wymaganej do wymazania magnetyzmu szczątkowego ob jest nazywana siłą koercji pokazaną różowym kolorem na krzywej histerezy przedstawionej powyżej.
Teraz, aby zakończyć pętlę histerezy, siła magnetyzująca H jest dalej zwiększana w kierunku odwrotnym, aż osiągnie punkt nasycenia d, ale w kierunku ujemnym, krzywa śledzi ścieżkę cd. Wartość H zostaje zredukowana do zera H=0 i krzywa uzyskuje ścieżkę de, gdzie oe jest magnetyzmem szczątkowym, gdy krzywa jest w kierunku ujemnym.
Położenie przełącznika zostaje ponownie zmienione z położenia 2 na 1 i prąd w cewce zostaje ponownie zwiększony, jak to miało miejsce w procesie magnesowania i z tego powodu H zostaje zwiększona w kierunku dodatnim, wyznaczając ścieżkę jako 'efa’, i w końcu pętla histerezy zostaje zakończona. Na krzywej ponownie „of” jest siłą magnesującą, znaną również jako siła koercji wymagana do usunięcia magnetyzmu szczątkowego „oe”.
Tutaj całkowita siła koercji wymagana do usunięcia magnetyzmu szczątkowego w jednym pełnym cyklu jest oznaczana przez „cf”. Z powyższej dyskusji jasno wynika, że gęstość strumienia B zawsze pozostaje w tyle za siłą magnesującą H. Stąd pętla „abcdefa” nazywana jest pętlą histerezy magnetycznej lub krzywą histerezy.
Histereza magnetyczna powoduje rozpraszanie zmarnowanej energii w postaci ciepła. Zmarnowana energia jest proporcjonalna do powierzchni pętli histerezy magnetycznej. Głównie istnieją dwa rodzaje materiałów magnetycznych, miękki materiał magnetyczny i twardy materiał magnetyczny.
Miękki materiał magnetyczny
Miękki materiał magnetyczny ma wąską pętlę histerezy magnetycznej, jak pokazano na rysunku poniżej, która ma niewielką ilość rozpraszanej energii. Są one zbudowane z materiałów takich jak żelazo, stal krzemowa, itp.
- Jest on stosowany w urządzeniach wymagających zmiennego pola magnetycznego.
- Ma niską koercję.
- Niskie namagnesowanie
- Niska retencyjność
Twardy materiał magnetyczny
Twardy materiał magnetyczny ma szerszą pętlę histerezy, jak pokazano na poniższym rysunku i powoduje duże rozproszenie energii, a proces rozmagnesowania jest trudniejszy do osiągnięcia.
- Ma wysoką retencjonalność
- Wysoką koercję
- Wysokie nasycenie
.
Zastosowanie histerezy magnetycznej
- Materiał magnetyczny posiadający szerszą pętlę histerezy jest stosowany w urządzeniach takich jak taśma magnetyczna, dysk twardy, karty kredytowe, nagrania audio, ponieważ jego pamięć nie jest łatwo kasowana.
- Materiały magnetyczne posiadające wąską pętlę histerezy są stosowane jako elektromagnesy, solenoidy, transformatory i przekaźniki, które wymagają minimalnego rozproszenia energii.
.