Hystereze

Hystereze je označení pro takové chování dynamického systému, kdy výstupní veličina nezávisí jen na nezávisle proměnné vstupní veličině, ale i na předchozím stavu systému (tzv. „paměťový efekt“ systému). Projevuje se tedy jako obecná vlastnost dynamických systémů v různých oborech. Chceme-li předpovědět budoucí vývoj systému, musíme znát buď jeho vnitřní stav, anebo posloupnost minulých stavů.

Elektromagnetismus

Příkladem je závislost magnetické indukce látky, která je jádrem cívky, na intenzitě magnetického pole této cívky, kdy se projeví magnetická polarizace. Graf průběhu fyzikálních změn při cyklickém opakovaní podmínek se nazývá hysterezní křivka. Musí se s ní proto počítat při návrhu systémů, kde se má předejít zákmitům výstupního signálu v okolí střední úrovně spínání (příklady: klopný obvod, termostat).

Hysterezní křivka

Hysterezní křivka (smyčka) magnetického materiálu je uzavřená křivka magnetování, která vyjadřuje závislost magnetizace M na intenzitě magnetického pole H při pomalé, plynulé změně intenzity magnetického pole od +Hs do -Hs. Jinými slovy jde o graf podávající informaci o tom, jaký vliv má působení vnějšího magnetického pole na magnetické schopnosti materiálu, který se v tomto poli nachází. Matematicky lze zmíněný vztah mezi dvěma veličinami vyjádřit: M = f(H, M') kde M' je předešlá hodnota magnetizace (tj. hodnota v předešlém stavu).

Hysterezní smyčka se získá provedením jednoho tzv. cyklu magnetování a je pro každý materiál odlišná.

Používá se mimo jiné také k určení hysterezních ztrát v magnetickém obvodu. Integrací lze vypočítat plochu uzavřenou ve smyčce, která je těmto ztrátám úměrná. Hysterezní ztráty vznikají při přemagnetování materiálu střídavým magnetickým polem.

Popis grafu

Z grafu hysterezní smyčky odečítáme určité charakteristické hodnoty, které podávají klíčové informace o možnostech zkoumaného materiálu. Jsou to maximální hodnoty a hodnoty, kde smyčka protíná osu x a y:

H_s – intenzita nasycení. Pokud zvýšíme intenzitu magnetického pole nad tuto hodnotu, magnetizace se již nezvýší, dochází k nasycení materiálu a graf by od této chvíle pokračoval jako přímka rovnoběžná s osou x.
M_m – maximální magnetizace při nasycení (není zakreslena).
M_r – remanentní (zbytková) magnetizace, která v materiálu zůstává i po snížení intenzity magnetického pole na nulu (po tom, co materiál přestaneme magnetovat).
H_c – koercitivní síla. Je to síla potřebná k odmagnetování materiálu (zrušení B_r). Čím je koercitivita větší, tím je materiál tzv. magneticky tvrdší. (Hraniční hodnotou mezi magneticky měkkým a tvrdým materiálem je 1 kA/m.)

Použití

Například při průmyslových použitích permanentních magnetů, jako zdrojů magnetického pole, je třeba dbát toho, aby se nacházely ve druhém kvadrantu na hysterezní křivce. V prvním kvadrantu totiž magnet neslouží jako zdroj pole, protože je umistěn v poli se stejnou orientací. Ve druhém kvadrantu hysterezní křivky je magnet umistěn v poli s opačnou orientací a je tak s ním možno konat práci (třeba v elektromotoru). Pracovní bod magnetu by měl být umístěn co nejblíže bodu, kde je násobek ${\rm {}}B\cdot {\rm {H}}$ co největší, protože je pak potřeba jeho co nejmenší objem, což je obvykle žádoucí. Zároveň se při provozu nesmí pohybovat moc daleko vlevo po křivce, protože jinak by hrozila jeho nenávratná demagnetizace příliš silným vnějším polem.

Hysterezní ztráty

Energie dodána feromagnetickým látkám na prvotní zmagnetování a následné přemagnetizovávání se mění v teplo – ztráty: A to při každém přemagnetizování, při každém cyklu, tedy v naší rozvodné síti 2x 50 Hz, tedy 100x za sekundu. I proto se plechy na magnetická jádra transformátorů vyrábějí z tzv. magneticky měkkých materiálů/ocelí, aby měly hysterezní smyčku co nejužší.

Plocha uzavřená uvnitř hysterezní křivky je rovna objemové ztrátové energii (o rozměru ${\rm {J/m^{3}}}$ ), která se přemění v teplo při jednom oběhu smyčky.

Mechanika

Dopružování (elastická hystereze) se projevuje tak, že po odstranění zatížení se deformace vytrácí postupně po určité době a ne okamžitě (viskózní chování).

Hysterezní křivka může také popisovat chování pružnoplastických materiálů (po dosažení meze kluzu dochází k rozvoji nevratných plastických deformací, které se po odtížení nemění).

Medicína

V medicíně je hystereze označením pro:

zhušťování plazmy ve stárnoucích buňkách,
opožděnou retrakci krevního koláče.

Ekonomie

V ekonomii se projevuje například u strukturální nezaměstnanosti.

Odkazy

Literatura

PATOČKA, Miroslav. Magnetické jevy a obvody. 1. vyd. Brno: VUTIUM, 2011. 564 s. ISBN 978-80-214-4003-6. S. 175–184.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu hystereze na Wikimedia Commons

Pahýl

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.