Het woord hysteresis werd geïntroduceerd vanuit een oud Grieks woord waar de betekenis verwijst naar 'achterblijven' of 'ontoereikendheid'. De term magnetische hysterese werd in het jaar 1890 opgericht door wetenschapper James Alfred Ewing om de prestaties en geleidbaarheid van de magnetische stoffen te kennen. Vóór 1890 werd gewerkt aan dit concept van hysterese in mechanische netwerken werd uitgevoerd door James Maxwell. Bijgevolg kregen de modellen die werden ontwikkeld vanuit hysterese meer betekenis in de werken met betrekking tot absorptie en magnetisme. Toen was in de jaren 70 een wiskundige analyse van magnetische hysterese bekend door Mark Krasnosel en zijn team. En nu legt ons artikel de magnetische hysterese, de B-H-curve, het gedrag en de toepassingen uit.
Wat is magnetische hysterese?
Dit is het fenomeen van magnetisatiedichtheid ‘B’ dat achterblijft bij de magnetische kracht ‘H’ die optreedt in een magnetische substantie en wordt aangeduid als ‘Magnetische hysterese’. Voor alle duidelijkheid: het kan worden uitgelegd als wanneer een magnetische substantie voor het eerst onder magnetisatie staat en dan op een andere manier, die een volledige magnetisatiecyclus voltooit, er dan een fluxdichtheid ontstaat die achterblijft bij de magnetisatiekracht.
Magnetisch materiaal
Voor magnetische stoffen zoals ijzer, zelfs als ze niet onder het magnetische veld staan, blijft een deel van de uitlijning behouden. Om ze niet-gemagnetiseerd te maken, moet er warmte of een magnetisch veld in de omgekeerde richting worden toegepast. Er bestaan verschillende soorten magnetische substanties zoals para, dia, Ferro en anti- ferromagnetisch materialen. Met de ferromagnetische stoffen kan de hysteresislus eenvoudig worden ontwikkeld.
Magnetische hysteresislus
De hysteresislus definieert de relatie die bestaat tussen het magnetiserende veld en de mate van magnetisatie-effect. Op het moment dat het externe magnetische veld in een ferromagneetmateriaal wordt gewijzigd, zal de hysteresislus worden ontwikkeld. De onderstaande grafiek beschrijft de posities en gedetailleerde analyse.
Hysterese-lus
De lus wordt gevormd tijdens het meten van B voor meerdere H-waarden en als deze waarden grafisch worden weergegeven, vormt het een lus. Hier,
- De waarde van ‘B’ wordt verhoogd wanneer de ‘H’ -waarde tegelijkertijd wordt verhoogd.
- Het vergroten van de magnetische veldimpact verhoogt de magnetismewaarde en aan het einde komt het op het punt ‘A’, dat wordt aangeduid als een verzadigingspunt waar ‘B’ constant blijft.
- Door de hoeveelheid magnetische velden te verkleinen, wordt de magnetisme-impact ook verminderd. Maar ‘B’ en ‘H’ waarden zijn vergelijkbaar, namelijk ‘0’, de magnetische substantie heeft weinig magnetisme-eigenschappen en dit wordt gedefinieerd als ofwel restmagnetisme ofwel remanentie.
- En als het effect van een magnetisch veld afneemt, neemt de magnetisme-eigenschap ook af. En bij ‘C’ wordt het materiaal volledig gedemagnetiseerd en heeft het geen magnetische eigenschappen.
- Zowel deze procedures voor voorwaartse als achterwaartse richting voltooien een hele cyclus en vormen een lus die wordt aangeduid als een hysteresislus.
Magnetisatie of B-H Curve
Met de bovenstaande basistheorie zijn we duidelijk dat magnetische hysteresekrommen verschillend zijn voor verschillende soorten materialen. Uit de onderstaande afbeelding werd waargenomen dat de fluxdichtheid overeenkomstig met de veldsterkte toeneemt tot een bepaalde waarde en daarna blijft de fluxdichtheid omdat de constante gelijkmatige veldsterkte blijft toenemen.
Dit gebeurt vanwege de reden dat er een beperking bestaat op het flux hoeveelheid dichtheid die door de kern zou kunnen worden ontwikkeld aangezien de gehele domeinen die in de ijzersubstantie aanwezig zijn precies uitgelijnd zijn. Hierna vertoont het geen invloed op ‘M’, en in de grafiek wordt het punt waar de fluxdichtheid de maximale waarde heeft, magnetische verzadiging genoemd.
Verzadiging ontstaat door willekeurige uitlijning van de molecuulrangschikking in de kernsubstantie en dit wijzigt de kleine deeltjes in de stof om exact uitgelijnd te worden. Wanneer de waarde van ‘H’ toeneemt, zal er een perfectere rangschikking van de moleculaire deeltjes zijn totdat ze een verhoogde fluxdichtheid ontwikkelen. En ook toename in de magnetische veldsterkte vanwege verbetering in elektrisch actueel dal over de spoel zal geen effect vertonen
Magnetische hystereselussen voor zachte en harde materialen
Het resultaat van magnetische hysterese is de ongebruikte energiedissipatie in de warmtevorm waarbij de gedissipeerde energie lineair evenredig is met de omvang van de hystereselus. De verliezen die zijn ontstaan als gevolg van magnetische hysterese laten ook het effect zien op het afwisselende type transformatoren waar er vaak variatie is in de stroomrichting. Hierdoor veroorzaken magnetische polen in het kernmateriaal verliezen omdat ze voortdurend van richting veranderen. De onderstaande afbeeldingen tonen de hysteresislus in zowel de zachte als de harde materialen.
In zachte magneet
Loop in zachte magneet
In harde magneet
Hysteresecurve in harde magneet
Draaiende spoelen die aanwezig zijn in DC-systemen zullen ook hystereseverliezen ontwikkelen omdat ze continu door de magnetische zuid- en noordpool gaan. Zoals reeds vermeld, is de hysteresislusgrafiek gebaseerd op het gedrag van het magnetische materiaal dat wordt gebruikt.
Overblijvend magnetisme
Vanuit de magnetische hysteresislus wordt de hoeveelheid fluxdichtheid die wordt gehandhaafd door de magnetische substantie aangeduid als restmagnetisme. En de hoeveelheid onderhoud wordt het de remanentie van de stof genoemd.
Dwangkracht
De hoeveelheid magnetiserende kracht die nodig is om de resterende magnetische eigenschap van het materiaal te verwijderen, wordt coërcitiekracht genoemd. Om de hysteresislus te voltooien, wordt de magnetische kracht ‘H’ meer versterkt in de tegenovergestelde richting totdat het een verzadigingspunt bereikt. En de waarde van ‘H’ zal nul bereiken en de lus komt bij het pad ‘de’, waar het pad ‘oe’ de resterende magnetische eigenschap is wanneer het pad in de tegenovergestelde richting is.
Magnetische hysterese resulteert in de onmatigheid van verspilde energie zoals in de warmtevorm. De energie die wordt gedissipeerd, is gerelateerd aan de omvang van de hysteresislus. Vooral er bestaan twee soorten magnetisch materiaal waar die zijn zacht magnetisch materiaal en hard magnetisch materiaal
Toepassingen
Een paar van de toepassingen van magnetische hysterese zijn:
Omdat magnetische substanties een uitgebreid hysteresislusbereik hebben, zijn deze geïmplementeerd in de apparaten zoals
- Harde schijf
- Audio-opnameapparaten
- Magnetische banden
- Kredietkaarten
Ook bestaan er vernauwde magnetische hysterese-lusstoffen en deze worden gebruikt in
- Transformatoren
- Solenoïden
- Elektromagneten
- Relais
Gebruikt bij het dempen van de hoekbeweging van satellieten in de minimale baan om de aarde als gevolg van de komst van het ruimtetijdperk.
En tot slot gaat dit allemaal over het concept van magnetische hysterese. In dit artikel hebben we kennis gemaakt met de hystereselus, BH-curve, restmagnetisme, coërcitiekracht en hoe de lus verschilt voor zachte en harde magnetische stoffen en de toepassingen ervan. Het is verder belangrijk om te weten wat de belang van een hysteresislus
