Histerezis

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 23 iunie 2022; verificările necesită 4 modificări .

Histereza ( greacă ὑστέρησις - întârziere, întârziere) este o proprietate a sistemelor ( fizică , biologică etc.), al cărui răspuns instantaneu la impactul aplicat acestora depinde, printre altele, de starea lor actuală și de comportamentul acestora. sistemul într-un interval de timp este determinat în mare măsură de fundalul său. Histerezisul se caracterizează prin fenomenul de „saturație”, precum și prin traiectorii inegale între stările extreme (de unde și prezența unei bucle unghiulare acute pe grafice). Acest concept nu trebuie confundat cu inerția comportamentului sistemelor, care denotă rezistența monotonă a sistemului la o schimbare a stării sale.

În fizică

De cel mai mare interes sunt histereza magnetică, histereza feroelectrică și histereza elastică.

Histerezis magnetic

Histerezisul magnetic este un fenomen al dependenței vectorului de magnetizare M și a vectorului de inducție magnetică B într-o substanță nu numai de puterea H a câmpului extern aplicat, ci și de preistoria probei date. Histerezisul magnetic se manifestă de obicei în feromagneți - Fe , Co , Ni și aliaje pe bază de aceștia. Histerezisul magnetic explică existența magneților permanenți .

Dependențele M ( H ) și B ( H ) au forma unei bucle, a cărei oscilație verticală depinde de lățimea intervalului de modificări ale intensității câmpului H . La , valoarea lui M se saturează și, prin urmare, curba M ( H ) merge la orizontală, iar B ( H ) - la secțiunea înclinată (const + ). Deoarece este de obicei const , panta curbei B ( H ) la mare | h | se dovedește a fi mic și putem introduce o „inducție de saturație” B R , deși, strict vorbind, creșterea continuă. $H\la \pm \infty$ $\mu _{0}H$ $\gg \mu _{0}H$

Fenomenul de histerezis magnetic are loc nu numai atunci când câmpul H se modifică în mărime și semn, ci și atunci când se rotește (histerezis de rotație magnetică), ceea ce corespunde unui întârziere (întârziere) în schimbarea direcției lui M cu o schimbare a direcției lui. H. Histereza de rotație magnetică apare și atunci când proba este rotită în raport cu o direcție fixă H .

Teoria fenomenului de histerezis ia în considerare structura domeniului magnetic specific al probei și modificările acesteia în timpul magnetizării și inversării magnetizării. Aceste modificări se datorează deplasării pereților domeniului și creșterii unor domenii în detrimentul altora, precum și desfășurării vectorului de magnetizare în domenii sub acțiunea unui câmp magnetic extern. Tot ceea ce întârzie aceste procese și promovează intrarea magneților în stări metastabile poate provoca histerezis magnetic.

În particulele feromagnetice cu un singur domeniu (în particulele de dimensiuni mici, în care formarea domeniilor este nefavorabilă din punct de vedere energetic), pot avea loc numai procesele de rotație M. Aceste procese sunt împiedicate de anizotropia magnetică de diferite origini (anizotropia cristalului în sine, anizotropia formei particulelor și anizotropia tensiunilor elastice). Datorită anizotropiei, M pare să fie ținut de un câmp intern (câmpul efectiv al anizotropiei magnetice ) de-a lungul uneia dintre axele de magnetizare ușoare corespunzătoare minimului de energie. Histereza magnetică apare datorită faptului că două direcții M (de-a lungul și opuse) acestei axe într-o probă magnetic uniaxială sau mai multe direcții echivalente (în energie) M într-o probă magnetic uniaxială corespund stărilor separate una de cealaltă printr-o barieră de potențial ( proporțional cu ). Când particulele cu un singur domeniu sunt remagnetizate, vectorul M se rotește în direcția lui H printr-o serie de salturi ireversibile succesive . Astfel de rotații pot avea loc atât omogen, cât și neomogen ca volum. Cu rotație uniformă M este forța coercitivă . Mai universal este mecanismul de rotație neomogenă M . Cu toate acestea, are cea mai mare influență asupra cazului în care anizotropia formei particulelor joacă rolul principal. În acest caz , câmpul efectiv al anizotropiei formei poate fi substanțial mai mic. $HA}$ $HA}$ $H_{c}\aproximativ H_{A}$ $H_{c}$ $H_{c}$

Histerezis feroelectric

Histereza feroelectrică este o dependență ambiguă de tip buclă a polarizării feroelectricilor de un câmp electric extern în timpul schimbării sale ciclice. Cristalele feroelectrice au polarizare electrică spontană (spontană, adică apărută în absența unui câmp electric extern) într-un anumit interval de temperatură . Direcția de polarizare poate fi schimbată de un câmp electric. În acest caz, dependența ( ) în faza polară este ambiguă, valoarea la dată depinde de preistorie, adică de ceea ce era câmpul electric în momentele anterioare de timp. Principalii parametri ai histerezii feroelectrice sunt: $P$ $E$ $P_c$ $P$ $E$ $P$ $E$

polarizarea reziduală a cristalului , la $P_{r)$ $E=0$
valoarea câmpului (câmp coercitiv) la care are loc repolarizarea $E_{Kt)$

Histerezis elastic

În teoria elasticității , fenomenul de histerezis este observat în comportamentul materialelor elastice, care, sub influența unor presiuni mari, sunt capabile să rețină deformarea și să o piardă sub influența contrapresiunii (de exemplu, scoaterea unui tijă comprimată). În multe privințe, acest fenomen explică anizotropia caracteristicilor mecanice ale produselor forjate, precum și calitățile lor mecanice ridicate.

Există două tipuri de histerezis elastic - dinamic și static.

Histerezisul dinamic este observat la solicitări în schimbare ciclică, a căror amplitudine maximă este semnificativ sub limita elastică. Motivul pentru acest tip de histerezis este inelasticitatea sau vâscoelasticitatea . Cu inelasticitate, pe lângă deformarea pur elastică (corespunzătoare legii lui Hooke ), există o componentă care dispare complet la îndepărtarea tensiunilor, dar cu o oarecare întârziere, iar cu viscoelasticitate, această componentă nu dispare complet în timp. Atât pentru comportamentul inelastic, cât și pentru cel vâscoelastic, mărimea —energia deformației elastice—nu depinde de amplitudinea deformării și se modifică odată cu frecvența modificării sarcinii. De asemenea, histerezisul dinamic apare ca urmare a termoelasticității, a fenomenelor magnetoelastice și a modificărilor de poziție a defectelor punctuale și a atomilor dizolvați în rețeaua cristalină a corpului sub influența tensiunilor aplicate. $\Delta U$

În electronică și inginerie electrică

În electronică și inginerie electrică, sunt utilizate dispozitive care au histerezis magnetic - diverse medii de stocare magnetice sau histerezis electric, de exemplu, un declanșator Schmitt sau un motor de histerezis .

Histerezisul este folosit pentru a suprima zgomotul (oscilații rapide, sarirea contactului ) în momentul comutării semnalelor logice.

În dispozitivele electronice de toate tipurile, se observă fenomenul de histerezis termic : după încălzirea dispozitivului și răcirea ulterioară a acestuia la temperatura inițială, parametrii săi nu revin la valorile inițiale. Datorită expansiunii termice inegale a cristalelor semiconductoare, a suporturilor de cristal, a pachetelor de microcircuite și a plăcilor de circuite imprimate, în cristale apar tensiuni mecanice , care persistă chiar și după răcire. Fenomenul de histerezis termic este cel mai vizibil în referințele de tensiune de precizie , utilizate în măsurarea convertoarelor analog-digitale . În microcircuitele moderne, deplasarea relativă a tensiunii de referință datorită histerezii termice este de ordinul 10-100 ppm [1] .

În biologie

Proprietățile de histerezis sunt caracteristice mușchilor scheletici de mamifere.

În ecologia populației, sistemul prădător-pradă prezintă histerezis și/sau întârziere în răspunsul numeric al prădătorului (vezi valurile populației ).

În știința solului și geologie

Principala caracteristică hidrofizică a solului este histerezisul.

De interes practic este, de asemenea, întârzierea modificărilor temperaturii solului la diferite adâncimi din cauza fluctuațiilor temperaturii aerului. În toamnă și la începutul iernii, când temperatura aerului scade sub zero, căldura acumulată de sol în timpul sezonului cald rămâne încă în sol. Acest lucru creează condiții favorabile pentru utilizarea pompelor de căldură terestre pentru încălzire.

În hidrologie

Dependența Q=f(H) - relația dintre debitele și nivelul apei din râuri - are o formă de buclă.

În economie

Unele economii dau semne de histerezis: de exemplu, poate fi nevoie de un efort semnificativ pentru a începe exportul într-o industrie, dar efort mic pentru a o menține la un nivel constant.

În teoria jocurilor, efectul de histerezis se manifestă prin faptul că mici diferențe între unul sau mai mulți parametri aduc două sisteme în echilibre stabile opuse, de exemplu, „bun” - încredere, onestitate și bunăstare ridicată ; și „rău” – furt, neîncredere, corupție și sărăcie. În ciuda micilor diferențe inițiale, sistemele necesită eforturi uriașe pentru a trece de la un echilibru la altul.

Efectul de histerezis este starea șomajului. Atins un nivel suficient de ridicat, se poate, într-o anumită măsură, să se reproducă și să rămână pe el. Motivele economice ale histerezisului (inflexibilitatea pe termen lung a pieței muncii) sunt ambigue. Unii factori instituționali duc la histerezis. De exemplu, asigurările sociale, în special asigurările pentru șomaj, pot reduce cererea de muncă a firmelor în economia formală prin sistemul fiscal.

Șomajul poate duce la pierderea capitalului uman și la „etichetarea” celor care rămân șomeri mult timp. Sindicatele pot negocia pentru a menține bunăstarea membrilor actuali, ignorând interesele celor din afară care se găsesc șomeri. Costurile fixe asociate cu schimbarea posturilor, locurilor de muncă sau industriilor pot duce, de asemenea, la histerezis.

În cele din urmă, pot exista dificultăți în a face distincția între fenomenele reale și aparente de histerezis, atunci când starea finală a sistemului este determinată de dinamica sa curentă sau de starea sa inițială. În primul caz, histerezisul reflectă ignoranța noastră: adăugând variabilele și informațiile lipsă, putem descrie mai complet evoluția sistemului studiat. O altă interpretare a fenomenului de histerezis este simpla existență a mai multor stări de echilibru, când influențe invizibile mută economia de la o stare de echilibru la alta.

În sociologie

Formarea și gestionarea opiniei publice nu este niciodată instantanee. Există întotdeauna o oarecare întârziere. Acest lucru se datorează respingerii complete sau parțiale a gândirii tradiționale stereotipe și nevoii de a „ceda” în anumite cazuri în fața persuadării și urmăririi unor noi opinii care sunt formate de anumiți subiecți. Statul, partidele, organizațiile obștești, conducătorii acestora, conducătorii și managerii de diferite niveluri etc. pot acționa ca subiecte ale formării opiniei publice și ale managementului acesteia.

În natura formării opiniei publice, este important să se țină seama de două circumstanțe semnificative [2] .

Una dintre ele indică relația dintre eforturile depuse de subiectul de influență și rezultatul obținut. Nivelul muncii educaționale și propagandistice petrecute de subiect poate fi corelat cu nivelul de „magnetizare” (gradul de implicare într-o idee nouă) a obiectului-purtător al opiniei publice, a unui grup social, a unui colectiv, a unei comunități sociale. sau societatea în ansamblu; în acest caz, poate fi detectată o anumită întârziere a obiectului față de subiect. Persuasiunea, inclusiv cele cu presupuse consecințe distructive, nu are întotdeauna succes. Depinde de propriile valori morale, obiceiuri, tradiții, natura creșterii anterioare, de normele etice care domină în societate etc.

A doua împrejurare este legată de faptul că o nouă etapă în formarea opiniei publice poate fi corelată cu istoria obiectului, experiența acestuia, aprecierea acestuia de către cei care au acționat anterior ca obiect de formare a opiniei publice. În același timp, se poate constata că „punctul de referință” al timpului formării opiniei publice este deplasat față de cel anterior, care este o caracteristică a sistemului însuși și a stării sale actuale.

În filozofie

Gilles Deleuze foloseşte conceptul de histerezis în caracterizarea monadologiei lui Leibniz .

Modele matematice de histerezis

Apariția modelelor matematice ale fenomenelor de histerezis sa datorat unui set destul de bogat de probleme aplicate (în primul rând în teoria controlului automat), în care purtătorii de histerezis nu pot fi considerați izolat, deoarece făceau parte dintr-un anumit sistem. În anii 1960, la Universitatea Voronezh a început să lucreze un seminar condus de M. A. Krasnoselsky , la care a fost creată o teorie matematică riguroasă a histerezisului [3] .

Mai târziu, în 1983, a apărut o monografie a lui M. A. Krasnoselsky și A. V. Pokrovsky [4] , în care în cadrul teoriei sistemelor au fost descrise formal diferite fenomene de histerezis: convertoarele de histerezis au fost tratate ca operatori care depind de starea lor inițială ca parametru, definit pe un spațiu funcțional suficient de bogat (de exemplu, în spațiul funcțiilor continue), acționând asupra unui spațiu funcțional.

Note

↑ Harrison, L. Current Sources & Voltage References. - Newnes, 2005. - 569 p. — (Electronică și electrică). — ISBN 9780750677523 . , p. 335
↑ Gorshkov M. K. Opinia publică. Tutorial. - M. : Politizdat, 1989. - 384 p.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Sisteme cu histerezis. — M.: Nauka, 1983.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Sisteme cu histerezis. — M.: Nauka, 1983. — 271 p.

Literatură

V. A. Kostitsyn, „Experiența în teoria matematică a histerezii”, Matem. Sat., 32:1 (1924), 192-202.
Raddai Raikhlin. Război civil, teroare și banditism. Sistematizarea sociologiei și dinamicii sociale . Arhivat pe 18 februarie 2013 la Wayback Machine Crowd Control Section
Kapustin VS Introducere în teoria auto-organizării sociale . Tema 11. Fenomenul de histerezis în formarea formelor și metodelor naționale de autoorganizare. Paradoxurile și misterele moderne ale „începutului”

Link -uri

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	GND : 4132813-9 J9U : 987007535994605171 LCCN : sh85063849 LNB : 000310307 NKC : ph134814