Histerezis döngüsü: Bilmeniz Gereken 7 Önemli Gerçek

İçindekiler:

• Giriş
• Manyetik Histerezis
• Histerezis döngü tanımı
• Histerezis Anlamı
• Basit Bir Histerezis Döngüsü
• Farklı Parametrelere Sahip Histerezis Döngüsü
• Histerezis Eğrisinin Açıklaması
• Boş alan geçirgenliği
• manyetizasyon yoğunluğu
• Manyetik Yoğunluk Nedir?
• Manyetik duyarlılık nedir?
• B ve H arasındaki ilişki
• Histerezis döngüsünde Kalıcılık ve Zorlayıcılık
• Artık Manyetizma
• Zorlayıcı kuvvet

Histerezis Döngüsü

Histerezis döngü tanımı

Manyetik histerezis, bir manyetik malzeme manyetize edildiğinde ve bir tam manyetizasyon döngüsünü tamamlıyorsa yaygın bir fenomendir. Manyetik akı yoğunluğu veya manyetizasyon yoğunluğu (B), manyetizasyon alanının (H) manyetik yoğunluğuna karşı tam bir manyetizasyon ve demanyetizasyon döngüsü için çizildiğinde, elde edilen sonuçtaki döngü bir histerezis döngüsü olarak bilinir. Histerezis döngüsünün eğrisi, malzemenin doğasına bağlı olarak şekil ve boyut olarak farklı olabilir.

Histerezis Anlamı

Bu, Yunanca “Hysterein” kelimesinden türemiştir, geride kalmak anlamına gelen Hysteresis kelimesi türetilmiştir.

Histerezis Eğrisi

Farklı Parametrelere Sahip Histerezis Döngüsü

Histerezis Eğrisinin Açıklaması

• Mıknatıslanma alanının (H) yoğunluğu arttığında, daha fazla alan harici olarak uygulanan manyetik alan yönünde hizalandıkça malzemenin (B) manyetik akı yoğunluğu da artar. Bu kısım, başlangıç ​​noktasından “a” noktasına kadar gözlemlediğimiz gibi yukarıdaki şekilde gösterilmiştir.
• Artan dış alan nedeniyle tüm alanlar hizalandığında, malzeme manyetik olarak doygun hale gelir, yani doyma olgusu meydana gelir. Bunun ötesinde, manyetik yoğunluk (H) arttırılırsa, manyetik akı yoğunluğu (B) değişmez, “a” noktasına ulaştıktan sonra B'nin sabit hale geldiği şekilde görebileceğimiz gibi aynı kalır.
• Şimdi, manyetik yoğunluk (H) azalırsa, manyetik akı yoğunluğu (B) da azalır, ancak manyetik yoğunluğun (H) gerisinde kalır. Dolayısıyla, “b” noktasında manyetik yoğunluk (H) sıfır olduğunda, manyetik akı yoğunluğunun (B) sıfıra düşmediğini şekilde görebiliriz. Manyetik yoğunluk (H) '0'a eşit olduğunda, manyetik akı yoğunluğunun (B) değeri malzeme tarafından korunur, 'dayanıklılık' olarak kabul edilir.
• Ayrıca, dış manyetik alanın yönü tersine çevrilirse ve manyetik yoğunluğun (H) büyüklüğü arttırılırsa, malzeme demanyetize olmaya başlar. “c” noktasındaki gözlem, manyetik akı yoğunluğu (B) '0' olarak çıkıyor. Manyetik akı yoğunluğunu (B) sıfıra indirmek için gerekli olan bu manyetik yoğunluk (H) değerine 'zorlayıcılık' denir.
• Şimdi, ters yönde uygulanan mıknatıslanma alanı daha da arttıkça, malzeme tekrar doymuş hale gelir, ancak “d” noktasındaki diyagramda görüldüğü gibi ters yönde.
• Bu ters mıknatıslanma alanı azaltıldığında, manyetik akı yoğunluğu (B) tekrar manyetik yoğunluğun (H) gerisinde kalır ve “e” noktasında manyetik yoğunluk (H) sıfır olur, ancak manyetik akı yoğunluğu (B) sıfıra düşmez. .
• Yine mevcut manyetik alan yönü tersine çevrildiğinde ve manyetik yoğunluk (H) tekrar sıfırdan artırıldığında, döngü kendini tekrar eder.

Döngünün çevrelediği alan, tam bir manyetizasyon ve demanyetizasyon döngüsü sırasında enerji kaybını temsil eder.

Boş alan geçirgenliği

Boş alanın geçirgenliği, μ_o, 4π x 10 kesin değeriyle temsil edilen sabit bir parametredir^-7 H / m hava için kullanılır. Bu sabit μo, Maxwell'in elektrik ve manyetik alanları ve özellikleriyle birlikte tanımlayan ve ilişkilendiren denklemlerinde görünür. elektromanyetik radyasyon, yani geçirgenlik, manyetizasyon yoğunluğu, Manyetik yoğunluk vb. gibi nicelikleri ilişkilendirmeye ve tanımlamaya yardımcı olur.

Manyetik Histerez bu makalede ayrıntılı olarak tartışılmıştır. ancak buna ek olarak, geçirgenlik, serbest uzayda ve farklı ortamlarda kalıcılık gibi manyetizasyon ile ilgili birkaç kavramı netleştirmemiz gerekiyor.

manyetizasyon yoğunluğu

Bir manyetik alandaki manyetik malzeme, o malzemede indüklenmiş bir dipol momenti üretir ve birim hacim başına bu moment, manyetizasyon yoğunluğu (I) veya manyetizasyon yoğunluğu olarak tanınır.

  = 

Nerede   net indüklenen dipol momentidir. Birimi Am^-1

Manyetik Yoğunluk Nedir?

Manyetik bir malzemeyi manyetize etmek için bir manyetik alan uygulanmalıdır. Bu mıknatıslanma alanının boş alanın geçirgenliğine oranı, manyetik yoğunluk H olarak bilinir.

  = 

Nerede , dış manyetik alan manyetik akı yoğunluğu olarak da adlandırılır.

Manyetik yoğunluğun birimi Am'dir.^-1 mıknatıslanma yoğunluğu ile aynıdır.

Manyetik duyarlılık nedir?

Mıknatıslanma yoğunluğunun büyüklüğünün manyetik yoğunluğa oranı, manyetik duyarlılık olarak bilinir (). Manyetik duyarlılık, bir manyetik malzemenin manyetize edilebilme kolaylığı olarak açıklanabilir. Bu nedenle, daha yüksek bir manyetik duyarlılık değerine sahip bir malzeme, daha az manyetik duyarlılık değerine sahip olan diğer malzemelere kıyasla daha kolay manyetize olacaktır.

  =   sembollerin her zamanki anlamlarına sahip olduğu yer.

Manyetik duyarlılık skaler bir niceliktir ve boyutu, dolayısıyla birimi yoktur.

Manyetik geçirgenlik nedir?

Manyetik geçirgenlik, bir malzeme içindeki net manyetik alan değerinin manyetik yoğunluk değerine oranıdır. Burada malzemenin içindeki net manyetik alan, uygulanan manyetik alanın ve bu maddenin manyetizasyonu için manyetik alanın vektörel eklenmesidir. Manyetik geçirgenlik, basitçe, bir mıknatıslanma alanının belirli bir manyetik malzemeye ne ölçüde nüfuz edebileceğinin (geçebildiğinin) ölçüsü olarak açıklanabilir.

 =  

Manyetik geçirgenlik skaler bir büyüklüktür ve birimi   

Manyetik geçirgenlik ile ilgili diğer bir terim, bir ortamın geçirgenliğinin boş uzayın geçirgenliğine oranı olarak tanımlanabilen bağıl geçirgenliktir.

B ve H arasındaki ilişki

Akı yoğunluğu olarak da adlandırılan toplam manyetik alan B, belirli bir alan içinde oluşturulan manyetik alan çizgilerinin toplamıdır. B sembolü ile gösterilir.

Harici manyetik alanla doğru orantılı olan manyetik yoğunluk H olarak, manyetik alan kuvvetinin veya manyetik yoğunluğun H'nin, akımın büyüklüğü veya manyetik olduğu bobinin dönüş sayısı artırılarak artırılabileceği ifade edilebilir. malzeme tutulur.

B = μH veya B = olduğunu biliyoruz H

μ_r sabit bir değeri yoktur, bunun yerine alanın yoğunluğuna bağlıdır, bu nedenle manyetik malzemeler için, akı yoğunluğunun veya toplam manyetik alanın manyetik alan kuvvetine veya B/H tarafından bilinen manyetik yoğunluğa oranı.

Dolayısıyla, Manyetik akı (B) ve Manyetik yoğunluğu (H) sırasıyla X ekseni ve Y ekseninde çizdiğimizde doğrusal olmayan bir eğri elde ederiz. Ancak içinde malzeme olmayan bobinler için, yani manyetik akı herhangi bir malzemenin içinde indüklenmez, ancak vakumda veya ahşap, plastik vb. gibi manyetik olmayan herhangi bir malzeme çekirdeği olması durumunda indüklenir.

Yukarıdaki malzemeler için akı yoğunluğunun, yani demir ve çeliğin artan miktarlarda manyetik alan yoğunluğu ile sabit hale geldiğini gözlemleyebiliriz ve bu, doyma olarak bilinir, çünkü manyetik akı yoğunluğu daha yüksek manyetik yoğunluk değerleri için doyurulur. Manyetik yoğunluk düşük olduğunda ve dolayısıyla uygulanan manyetik kuvvet düşük olduğunda, malzemedeki sadece birkaç atom hizalanır. Artan manyetik yoğunluk ile geri kalanı da kolayca hizalanır.

Bununla birlikte, artan H ile, ferromanyetik malzemenin aynı kesit alanında daha fazla akı kalabalıklaştıkça, bu malzeme içinde hizalanacak çok az atom mevcuttur; bu nedenle H'yi arttırırsak, manyetik akı (B) daha fazla artmaz ve dolayısıyla doygun hale gelir. Daha önce bahsedildiği gibi, doyma olgusu, demir çekirdekli elektromıknatıslarla sınırlıdır.

Histerezis döngüsünde Kalıcılık ve Zorlayıcılık

Kalıcılık

Bir malzemenin kalıcılığı, dış mıknatıslanma alanı kaldırıldığında malzemede kalan manyetik alan miktarının bir ölçüsüdür. Bir malzemenin manyetizasyon işlemi durdurulduktan sonra bile manyetizmasının bir kısmını koruma yeteneği olarak da tanımlanabilir. Kalıcı olarak malzeme özelliklerine bağlıdır.

Bir manyetik malzeme manyetize edildikten sonra, atomlardaki elektronların bir kısmı orijinal manyetizasyon alan yönü doğrultusunda hizalı kalır ve kendi dipol momentlerine sahip küçük mıknatıslar gibi davranır ve geri kalanı gibi tamamen rastgele bir modele geri dönmez. Bu nedenle, malzemelerin içinde bir miktar manyetik alan veya genel manyetizma kalır. Ferromanyetik malzemeler, diğer mıknatıslama malzemelerine kıyasla nispeten yüksek kalıcılığa sahiptir ve bu da onları kalıcı mıknatıslar oluşturmak için mükemmeldir.

Artık Manyetizma

Artık manyetizma, bir manyetik malzeme tarafından tutulabilen manyetik akı yoğunluğunun miktarıdır ve onu tutma yeteneği, malzemenin Kalıcılığı olarak bilinir.

Zorlayıcı kuvvet

Zorlayıcı kuvvet, bir malzeme tarafından tutulan artık manyetizmayı ortadan kaldırmak için gereken mıknatıslama kuvvetinin miktarı olarak tanımlanabilir.

İlerleyen bölümlerde, malzemelerin özelliklerine ve doğasına dayalı olarak mıknatıs, kalıcı mıknatıs ve elektromıknatıs türlerini tartışacağız.

Elektronik ile ilgili daha fazla makale için buraya Tıkla