Existují hystereze magnetické, feroelektrické, dynamické, elastické. Nachází se také v biologii, pedologii, ekonomii. Navíc podstata této definice je téměř stejná. Článek se ale bude věnovat magnetickému, o tomto jevu se dozvíte více, na čem závisí a kdy se projevuje. Tento fenomén je studován na univerzitách technického zaměření, není součástí školního vzdělávacího programu, takže o něm ne každý ví.
Magnetická hystereze
Jedná se o nevratnou a nejednoznačnou závislost magnetizačního indexu látky (a jsou to zpravidla magneticky uspořádaná feromagnetika) na vnějším magnetickém poli. V tomto případě se pole neustále mění – klesá nebo přibývá. Obecným důvodem existence hystereze je přítomnost nestabilního stavu a stabilního stavu na minimu termodynamického potenciálu a dochází mezi nimi i k nevratným přechodům. Hystereze je také projevem magnetického orientačního fázového přechodu prvního řádu. U nich dochází k přechodům z jedné fáze do druhé v důsledku metastabilních stavů. Charakteristikou je graf, který se nazývá "hysterezní smyčka". Někdy se tomu také říká "magnetizační křivka".
Hysterezní smyčka
Na grafu M versus H můžete vidět:
- Z nulového stavu, při kterém M=0 a H=0, s nárůstem H roste i M.
- Když se pole zvýší, magnetizace se stane téměř konstantní a rovná se hodnotě nasycení.
- Když H klesá, dochází k opačné změně, ale když H=0, magnetizace M nebude rovna nule. Tato změna je patrná z demagnetizační křivky. A když H=0, M nabývá hodnoty rovné zbytkové magnetizaci.
- Jak se H zvyšuje v rozsahu –Hm… +Hm, magnetizace se mění podél třetí křivky.
- Všechny tři křivky popisující procesy jsou propojeny a tvoří jakousi smyčku. Je to ona, kdo popisuje fenomén hystereze - procesy magnetizace a demagnetizace.
Magnetizační energie
Smyčka je považována za asymetrickou v případě, kdy maxima pole H1, která jsou aplikována ve zpětném a dopředném směru, nejsou stejná. Výše byla popsána smyčka, která je charakteristická pro proces pomalého obrácení magnetizace. U nich jsou zachovány kvazirovnovážné vztahy mezi hodnotami H a M. Je třeba dbát na to, žeže při magnetizaci nebo demagnetizaci M zaostává za H. A to vede k tomu, že veškerá energie, kterou feromagnetický materiál při magnetizaci získá, se během demagnetizačního cyklu úplně nepřenese. A tento rozdíl jde celý do zahřívání feromagnetika. A magnetická hysterezní smyčka se v tomto případě ukáže jako asymetrická.
Tvar smyčky
Tvar smyčky závisí na mnoha parametrech - magnetizace, síla pole, přítomnost ztrát atd. Chemické složení feromagnetika, jeho strukturní stav, teplota, povaha a rozložení defektů, přítomnost zpracování (tepelné, termomagnetické, mechanické). Hysterezi feromagnetik lze tedy změnit podrobením materiálů mechanickému zpracování. Tím se změní všechny vlastnosti materiálu.
ztráta hystereze
Při dynamické remagnetizaci feromagnetika střídavým magnetickým polem jsou pozorovány ztráty. Navíc tvoří jen malý zlomek celkových magnetických ztrát. Pokud mají smyčky stejnou výšku (stejnou maximální hodnotu magnetizace M), je smyčka dynamického typu širší než statická. Je to dáno tím, že ke všem ztrátám se přičítají nové ztráty. Jedná se o dynamické ztráty, obvykle jsou spojeny s vířivými proudy, magnetickou viskozitou. V součtu jsou získány poměrně významné ztráty hystereze.
Feromagnety s jednou doménou
BPokud mají částice různé velikosti, dochází k procesu rotace. Děje se tak proto, že tvorba nových domén je z energetického hlediska nepříznivá. Ale procesu rotace částic brání anizotropie (magnetická). Může mít různý původ – vzniká v samotném krystalu, vzniká elastickým napětím atd.). Ale právě pomocí této anizotropie je magnetizace držena vnitřním polem. Říká se mu také efektivní magnetické anizotropní pole. A magnetická hystereze vzniká díky tomu, že se magnetizace mění ve dvou směrech – vpřed a vzad. Při remagnetizaci jednodoménových feromagnetik dochází k několika skokům. Magnetizační vektor M se otáčí směrem k poli H. Navíc může být otočení rovnoměrné nebo nerovnoměrné.
Vícedoménové feromagnety
V nich je magnetizační křivka postavena podobným způsobem, ale procesy jsou odlišné. Během převrácení magnetizace se hranice domény posouvají. Jednou z příčin hystereze proto může být zpoždění posunů hranic a také nevratné skoky. Někdy (pokud mají feromagnetika dosti velké pole) je magnetická hystereze určena zpožděním růstu a tvorbou zárodků převrácení magnetizace. Právě z těchto jader se tvoří doménová struktura feromagnetických látek.
Teorie hystereze
Je třeba vzít v úvahu, že k fenoménu magnetické hystereze dochází také při rotaci pole H, a nikoli pouze při změně znaménka avelikost. Toto se nazývá hystereze magnetické rotace a odpovídá změně směru magnetizace M se změnou směru pole H. Výskyt hystereze magnetické rotace je také pozorován při relativním otáčení vzorku. do pevného pole H.
Křivka magnetizace také charakterizuje magnetickou strukturu domény. Struktura se mění během průchodu magnetizace a magnetizace reverzní procesy. Změny závisí na tom, jak daleko se posunou hranice domény a na účincích vnějšího magnetického pole. Naprosto vše, co může zpozdit všechny výše popsané procesy, uvádí feromagnetika do nestabilního stavu a způsobuje vznik magnetické hystereze.
Je třeba vzít v úvahu, že hystereze závisí na mnoha parametrech. Magnetizace se mění vlivem vnějších faktorů - teploty, elastického napětí, proto dochází k hysterezi. V tomto případě se hystereze objevuje nejen v magnetizaci, ale také ve všech vlastnostech, na kterých závisí. Jak je odtud vidět, jev hystereze lze pozorovat nejen při magnetizaci materiálu, ale také při dalších fyzikálních procesech s tím přímo či nepřímo spojených.
