La paraula histèresi es va introduir a partir d'una paraula grega antiga on el significat es refereix a 'quedar-se enrere' o 'inadequació'. El terme histèresi magnètica va ser fundat l'any 1890 pel científic James Alfred Ewing per conèixer el rendiment i la conductivitat de les substàncies magnètiques. Abans de 1890, el treball sobre aquest concepte de histèresi en xarxes mecàniques va ser realitzat per James Maxwell. En conseqüència, els models que es van desenvolupar a partir de la histèresi van obtenir més significació en els treballs relacionats amb l’absorció i el magnetisme. Aleshores, Mark Krasnosel i el seu equip van conèixer l'anàlisi matemàtica de la histèresi magnètica durant el període dels anys setanta. I ara el nostre article explica la histèresi magnètica, la corba B-H, el seu comportament i les seves aplicacions.
Què és la histèresi magnètica?
Aquest és el fenomen de la densitat d’imantació ‘B’ que es retarda després de la força magnètica ‘H’ que es produeix en una substància magnètica es denomina “histèresi magnètica”. Per ser clar, es pot explicar com quan una substància magnètica es troba magnetitzada per primera vegada i després d’una altra manera, que completa un cicle complet d’imantació, i llavors es desenvolupa una densitat de flux que queda per darrere de la força d’imantació.
Material magnètic
Per a substàncies magnètiques com el ferro, fins i tot quan no es trobin sota el camp magnètic, es mantindrà alguna porció de l'alineació. Per fer-los no imantats, necessita aplicació de calor o camp magnètic en sentit invers. Existeixen diversos tipus de substàncies magnètiques com para, dia, ferro i anti- ferromagnètic materials. Amb les substàncies ferromagnètiques es pot desenvolupar fàcilment el bucle d’histèresi.
Bucle d’histèresi magnètica
El bucle d’histèresi defineix la relació que existeix entre el camp d’imantació i la quantitat d’efecte d’imantació. En el moment de modificar el camp magnètic extern en un material ferromagnet, es desenvoluparà el bucle d’histèresi. El gràfic següent descriu les posicions i l'anàlisi detallada.
Bucle d’histèresi
El bucle es forma mentre es mesura B per a diversos valors de H i si aquests valors s’esbossen com una forma gràfica, llavors forma un bucle. Aquí,
- El valor de 'B' augmenta quan s'incrementa simultàniament el valor 'H'.
- L’increment de l’impacte del camp magnètic augmenta el valor del magnetisme i, al final, arriba al punt ‘A’, que s’anomena un punt de saturació on ‘B’ es manté constant.
- En disminuir la quantitat de camp magnètic, l'impacte del magnetisme també disminueix. Però els valors 'B' i 'H' són similars, que és '0', la substància magnètica té poques propietats de magnetisme i això es defineix com a magnetisme residual o com a retentivitat.
- I quan es produeix una disminució de l’efecte d’un camp magnètic, la propietat del magnetisme també disminuirà. I a 'C', el material es desmagnetitza completament i té zero propietats magnètiques.
- Tots dos procediments de direcció cap endavant i cap enrere completen un cicle sencer i formen un bucle que es denomina bucle d’histèresi.
Magnetització o corba B-H
Amb la teoria bàsica anterior, tenim clar que les corbes d’histèresi magnètica són diferents per a diferents tipus de materials. A partir de la imatge següent, es va observar que la densitat de flux augmenta de manera corresponent a la intensitat del camp fins a arribar a un valor específic i, després d’aquest punt, la densitat de flux es manté constant, fins i tot la intensitat del camp continua augmentant.
Això passa pel motiu pel qual existeix una restricció al fitxer flux quantitat de densitat que podria desenvolupar el nucli ja que tots els dominis presents a la substància de ferro estan exactament alineats. Després d’això, no mostra cap impacte sobre ‘M’ i, al gràfic, el punt on la densitat de flux té el valor màxim s’anomena saturació magnètica.
La saturació es desenvolupa a causa de l'alineació aleatòria de la disposició de les molècules a l'interior de la substància del nucli i això modifica les petites partícules a l'interior de la substància per aconseguir l'alineació exacta. Quan el valor de ‘H’ augmenti, hi haurà una disposició més perfecta de les partícules moleculars fins que arribin a desenvolupar una densitat de flux augmentada. I també augment de la intensitat del camp magnètic a causa de la millora de l'electricitat actual la vall de la bobina no mostrarà cap efecte
Bucles d’histèresi magnètica per a materials tous i durs
El resultat de la histèresi magnètica és la dissipació d’energia no utilitzada en forma de calor, on l’energia dissipada es troba en proporció lineal a l’extensió del bucle d’histèresi. Les pèrdues desenvolupades a causa de la histèresi magnètica també mostren l’efecte sobre el tipus altern de transformadors on hi ha variacions freqüents en la direcció actual. A causa d'això, els pols magnètics del material del nucli generen pèrdues a mesura que inverteixen la seva direcció contínuament. Les imatges següents mostren el bucle d’histèresi tant en els materials tous com en els durs.
En imant tou
Llaç en imant suau
En imant dur
Corba d’histèresi en imant dur
Les bobines giratòries presents als sistemes de corrent continu també desenvoluparan pèrdues d’histèresi ja que tenen un pas continu a través del pol magnètic sud i nord. Com ja es va afirmar que, el gràfic de bucle d’histèresi es basa en el comportament del material magnètic que s’utilitza.
Magnetisme residual
Des del bucle d’histèresi magnètica, la quantitat de densitat de flux que manté la substància magnètica s’anomena magnetisme residual. I la quantitat de manteniment que s’anomena retentivitat de la substància.
Força coercitiva
La quantitat de força magnetitzant que és necessària per eliminar la propietat magnètica restant del material es denomina força coercitiva. Per acabar el bucle d’histèresi, la força magnètica ‘H’ s’incrementa més en la direcció oposada fins arribar a un punt de saturació. I el valor de 'H', arribarà a zero i el bucle arriba al camí 'de', on el camí 'oe' és la propietat magnètica residual quan el camí es troba en la direcció oposada.
La histèresi magnètica es tradueix en la intemperància de l’energia malgastada com en la forma de calor. L'energia que es dissipa és relativa a l'extensió del bucle d'histèresi. Sobretot hi ha dos tipus de material magnètic on es troben material magnètic tou i material magnètic dur .
Aplicacions
Alguns dels aplicacions de la histèresi magnètica són:
Com que les substàncies magnètiques tenen un ampli rang de bucles d’histèresi, aquestes s’implementen en dispositius com ara
- Disc dur
- Dispositius de gravació d'àudio
- Cintes magnètiques
- Targetes de crèdit
A més, hi ha substàncies de bucle d’histèresi magnètica constricta i que s’utilitzen en
- Transformadors
- Solenoides
- Electroimants
- Relleus
Emprès per amortir el moviment angular dels satèl·lits en l'òrbita terrestre mínima com a conseqüència de l'arribada de l'era espacial.
I, finalment, es tracta del concepte d’histèresi magnètica. En aquest article hem conegut el bucle d’histèresi, la corba B-H, el magnetisme residual, la força coercitiva i la diferència del bucle per la substància magnètica tova i dura i les seves aplicacions. També és important saber què és el importància d’un bucle d’histèresi ?
