Fenomenul de întârziere a densității de flux B față de forța de magnetizare H într-un material magnetic este cunoscut sub numele de histerezis magnetică. Cuvântul Histerezis provine de la cuvântul grecesc Hysterein care înseamnă a rămâne în urmă.
Cu alte cuvinte, atunci când materialul magnetic este magnetizat mai întâi într-o direcție și apoi în cealaltă direcție, completând un ciclu de magnetizare, se constată că densitatea de flux B rămâne în urma forței de magnetizare aplicate H.
Există diferite tipuri de materiale magnetice, cum ar fi materiale paramagnetice, diamagnetice, feromagnetice, feromagnetice și antiferomagnetice. Materialele feromagnetice sunt responsabile în principal pentru generarea buclei de histerezis.
Când câmpul magnetic nu este aplicat, materialul feromagnetic se comportă ca un material paramagnetic. Aceasta înseamnă că, în stadiul inițial, dipolii materialului feromagnetic nu sunt aliniați, ci sunt plasați aleatoriu.
După ce câmpul magnetic este aplicat materialului feromagnetic, momentele dipolare ale acestuia se aliniază într-o anumită direcție, așa cum se arată în figura de mai sus, rezultând un câmp magnetic mult mai puternic.
Contenit:
- Magnetism rezidual
- Forță coercitivă
- Material magnetic moale
- Material magnetic dur
- Aplicații ale histerezisului magnetic
Pentru înțelegerea fenomenului de histerezis magnetic, considerăm un inel de material magnetic înfășurat uniform cu solenoid. Solenoidul este conectat la o sursă de curent continuu prin intermediul unui comutator reversibil bipolar dublu (D.P.D.T), așa cum se arată în figura de mai jos:
Înțial, comutatorul este în poziția 1. Prin micșorarea valorii lui R, valoarea curentului din solenoid crește treptat, ceea ce duce la o creștere treptată a intensității câmpului H, densitatea fluxului crește și ea până când ajunge la punctul de saturație a și curba obținută este „oa”. Saturația apare atunci când la creșterea curentului, momentul dipolar sau moleculele materialului magnetic se aliniază într-o singură direcție.
Acum, prin scăderea curentului în solenoid până la zero, forța de magnetizare se reduce treptat până la zero. Dar valoarea densității de flux nu va fi zero, deoarece ea are încă valoarea „ob” când H=0, astfel încât curba obținută este „ab”, așa cum se arată în figura de mai jos. Această valoare ‘ob’ a densității de flux se datorează magnetismului rezidual.
Magnetism rezidual
Valoarea densității de flux ob reținută de materialul magnetic se numește magnetism rezidual, iar puterea de reținere a acesteia este cunoscută sub numele de Retentivitatea materialului.
Acum, pentru a demagnetiza inelul magnetic, poziția comutatorului reversibil D.P.D.T. este schimbată în poziția 2 și, astfel, sensul de circulație a curentului în solenoid este inversat, rezultând o forță de magnetizare inversă H.
Când H este crescută în sens invers, densitatea de flux începe să scadă și devine zero (B=0), iar curba prezentată mai sus urmează traiectoria bc. Magnetismul rezidual al materialului este eliminat prin aplicarea forței de magnetizare cunoscută sub numele de forță coercitivă în direcția opusă.
Forța coercitivă
Valoarea forței de magnetizare oc necesară pentru a șterge magnetismul rezidual ob se numește forță coercitivă indicată prin culoarea roz în curba de histerezis prezentată mai sus.
Acum, pentru a completa bucla de histerezis, forța de magnetizare H este în continuare crescută în sens invers până când ajunge la punctul de saturație d, dar în sens negativ, curba trasează traiectoria cd. Valoarea lui H este redusă la zero H=0 și curba obține traiectoria de, unde oe este magnetismul rezidual atunci când curba este în sens negativ.
Poziția comutatorului este schimbată din nou la 1 din poziția 2 și curentul din solenoid este din nou mărit așa cum s-a făcut în procesul de magnetizare și datorită acestui fapt H este mărit în sens pozitiv trasând traiectoria ca ‘efa’, și în final, bucla de histerezis este completă. În curbă, din nou ‘of’ este forța de magnetizare, cunoscută și ca forța coercitivă necesară pentru a elimina magnetismul rezidual ‘oe’.
Aici, forța coercitivă totală necesară pentru a șterge magnetismul rezidual într-un ciclu complet este notată cu ‘cf’. Din discuția de mai sus reiese clar că densitatea de flux B rămâne întotdeauna în urma forței de magnetizare H. De aceea, bucla ‘abcdefa’ se numește bucla de histerezis magnetică sau curba de histerezis.
Histerezisul magnetic are ca rezultat disiparea energiei irosite sub formă de căldură. Energia irosită este proporțională cu aria buclei de histerezis magnetic. În principal, există două tipuri de materiale magnetice, materialul magnetic moale și materialul magnetic dur.
Materialul magnetic moale
Materialul magnetic moale are o buclă de histerezis magnetic îngustă, așa cum se arată în figura de mai jos, care are o cantitate mică de energie disipată. Ele sunt alcătuite din materiale precum fierul, oțelul siliciu etc.
- Se utilizează în dispozitivele care necesită câmpuri magnetice alternative.
- Aceasta are o coercitivitate scăzută.
- Retentivitate scăzută
Magnetizare scăzută
Material magnetic dur
Materialul magnetic dur are o buclă de histerezis mai largă, așa cum se arată în figura de mai jos și are ca rezultat o cantitate mare de energie disipată, iar procesul de demagnetizare este mai dificil de realizat.
- Are o retentivitate ridicată
- Coercitivitate ridicată
- Saturație ridicată
.
Aplicații ale histerezisului magnetic
- Materialul magnetic care are o buclă de histerezis mai largă este utilizat în dispozitive precum banda magnetică, hard disk, cărți de credit, înregistrări audio, deoarece memoria sa nu este ușor de șters.
- Materialele magnetice care au o buclă de histerezis îngustă sunt utilizate ca electromagneți, solenoizi, transformatoare și relee care necesită o disipare minimă de energie.
.