Fenomenet att flödestätheten B släpar efter den magnetiserande kraften H i ett magnetiskt material kallas magnetisk hysteresis. Ordet Hysteresis kommer från det grekiska ordet Hysterein betyder att släpa efter.
Med andra ord, när det magnetiska materialet magnetiseras först i den ena riktningen och sedan i den andra riktningen, vilket fullbordar en magnetiseringscykel, finner man att flödestätheten B släpar efter den applicerade magnetiseringskraften H.
Det finns olika typer av magnetiska material, till exempel paramagnetiska, diamagnetiska, ferromagnetiska, ferromagnetiska och antiferromagnetiska material. Ferromagnetiska material är huvudsakligen ansvariga för genereringen av hystereseslingan.
När magnetfältet inte appliceras beter sig det ferromagnetiska materialet som ett paramagnetiskt material. Detta innebär att i det inledande skedet är det ferromagnetiska materialets dipolmoment inte inriktade, de är slumpmässigt placerade.
Så snart det magnetiska fältet appliceras på det ferromagnetiska materialet, riktar sig dess dipolmoment ut i en viss riktning, vilket visas i figuren ovan, vilket resulterar i ett mycket starkare magnetfält.
Innehåll:
- Residualmagnetism
- Koercitivkraft
- Mjukt magnetiskt material
- Hårt magnetiskt material
- Användningar av magnetisk hysteres
För att förstå fenomenet magnetisk hysteres betrakta en ring av magnetiskt material som är enhetligt lindad med en solenoid. Solenoiden är ansluten till en likströmskälla genom en omvändbar omkopplare med dubbla poler och dubbla kast (D.P.D.T.) enligt figuren nedan:
Inledningsvis är omkopplaren i läge 1. Genom att minska värdet på R ökar värdet på strömmen i solenoiden gradvis vilket resulterar i en gradvis ökning av fältintensiteten H, flödestätheten ökar också tills den når mättnadspunkten a och den erhållna kurvan är ”oa”. Mättnad uppstår när dipolmomentet eller molekylerna i magnetmaterialet anpassar sig i en riktning när strömmen ökar.
Nu, genom att minska strömmen i solenoiden till noll, reduceras den magnetiserande kraften gradvis till noll. Men värdet av flödestätheten blir inte noll eftersom den fortfarande har värdet ”ob” när H=0, så den erhållna kurvan är ”ab” som visas i figuren nedan. Detta värde ”ob” för flödestätheten beror på restmagnetismen.
Restmagnetism
Värdet av flödestätheten ob som bibehålls av det magnetiska materialet kallas för restmagnetism och kraften i att bibehålla den är känd som materialets retentivitet.
För att avmagnetisera den magnetiska ringen ändras nu läget för den reversibla D.P.D.T.-omkopplaren till läge 2 och därmed vänds strömriktningen i solenoiden vilket resulterar i en omvänd magnetiseringskraft H.
När H ökas i omvänd riktning börjar flödestätheten att minska och blir noll (B=0) och den kurva som visas ovan följer banan bc. Materialets kvarvarande magnetism avlägsnas genom att tillämpa den magnetiserande kraften som kallas koercitivkraft i motsatt riktning.
Koercitivkraft
Värdet på den magnetiserande kraft oc som krävs för att utplåna den kvarvarande magnetismen ob kallas koercitivkraft som visas med rosa färg i hysteresekurvan som visas ovan.
För att slutföra hystereseslingan ökas nu den magnetiserande kraften H ytterligare i omvänd riktning tills den når mättnadspunkten d men i negativ riktning, kurvan följer vägen cd. Värdet på H minskas till noll H=0 och kurvan får banan de, där oe är kvarvarande magnetism när kurvan är i negativ riktning.
Switchens läge ändras till 1 igen från läge 2 och strömmen i solenoiden ökas återigen som i magnetiseringsprocessen och på grund av detta ökas H i positiv riktning och spårar banan som ’efa’, och slutligen är hystereseslingan färdig. I kurvan är ”of” återigen den magnetiserande kraften, även känd som den koercitiva kraft som krävs för att avlägsna den kvarvarande magnetismen ”oe”.
Här betecknas den totala koercitiva kraft som krävs för att avlägsna den kvarvarande magnetismen i en fullständig cykel med ”cf”. Av ovanstående diskussion framgår det tydligt att flödestätheten B alltid släpar efter den magnetiserande kraften H. Därför kallas slingan ”abcdefa” för den magnetiska hystereseslingan eller hysteresekurvan.
Magnetisk hysteres resulterar i att slösad energi går förlorad i form av värme. Den förlorade energin är proportionell mot arean av den magnetiska hystereseslingan. Huvudsakligen finns det två typer av magnetiska material, mjukt magnetiskt material och hårt magnetiskt material.
Mjukt magnetiskt material
Det mjuka magnetiska materialet har en smal magnetisk hystereseslinga som visas i figuren nedan som har en liten mängd förlorad energi. De består av material som järn, kiselstål etc.
- Det används i de apparater som kräver växlande magnetfält.
- Det har en låg koercitivitet.
- Låg magnetisering
- Låg retentivitet
Hårt magnetiskt material
Hårt magnetiskt material har en bredare hystereseslinga enligt figuren nedan och resulterar i en stor mängd energidissipation och avmagnetiseringsprocessen är svårare att uppnå.
- Det har hög retentivitet
- Hög koercitivitet
- Hög mättnad
Användningar av magnetisk hysteres
- Magnetiskt material som har en bredare hystereseslinga används i apparater som magnetband, hårddiskar, kreditkort och ljudinspelningar eftersom dess minne inte är lätt att radera.
- Magnetiska material med en smal hystereseslinga används som elektromagneter, solenoider, transformatorer och reläer som kräver minimal energiförbrukning.