Il existe des hystérésis magnétiques, ferroélectriques, dynamiques, élastiques. On le retrouve aussi en biologie, science du sol, économie. De plus, l'essence de cette définition est presque la même. Mais l'article se concentrera sur le magnétique, vous en apprendrez plus sur ce phénomène, de quoi il dépend et quand il se manifeste. Ce phénomène est étudié dans les universités à vocation technique, il n'est pas inclus dans le programme scolaire, donc tout le monde ne le sait pas.
Hystérésis magnétique
Il s'agit d'une dépendance irréversible et ambiguë de l'indice de magnétisation d'une substance (et ce sont, en règle générale, des ferromagnétiques ordonnés magnétiquement) sur un champ magnétique externe. Dans ce cas, le champ change constamment - diminue ou augmente. La raison générale de l'existence de l'hystérésis est la présence d'un état instable et d'un état stable au minimum du potentiel thermodynamique, et il existe également des transitions irréversibles entre eux. L'hystérésis est également une manifestation d'une transition de phase d'orientation magnétique de premier ordre. Avec eux, les transitions d'une phase à l'autre se produisent en raison d'états métastables. La caractéristique est un graphique appelé "boucle d'hystérésis". Parfois, on l'appelle aussi la "courbe de magnétisation".
Boucle d'hystérésis
Sur le graphique de M contre H, vous pouvez voir:
- À partir de l'état zéro, auquel M=0 et H=0, avec une augmentation de H, M croît également.
- Lorsque le champ augmente, l'aimantation devient presque constante et égale à la valeur de saturation.
- Lorsque H diminue, le changement inverse se produit, mais lorsque H=0, l'aimantation M ne sera pas égale à zéro. Ce changement peut être vu à partir de la courbe de démagnétisation. Et lorsque H=0, M prend une valeur égale à l'aimantation résiduelle.
- Lorsque H augmente dans la plage –Hm… +Hm, la magnétisation change le long de la troisième courbe.
- Les trois courbes décrivant les processus sont connectées et forment une sorte de boucle. C'est elle qui décrit le phénomène d'hystérésis - les processus de magnétisation et de démagnétisation.
Énergie de magnétisation
Une boucle est considérée comme asymétrique dans le cas où les maxima du champ H1, qui sont appliqués dans les sens inverse et direct, ne sont pas les mêmes. Une boucle a été décrite ci-dessus, caractéristique d'un processus d'inversion d'aimantation lente. Avec eux, les relations de quasi-équilibre entre les valeurs de H et M sont préservées. Il faut faire attention au fait queque lors de la magnétisation ou de la démagnétisation, M est en retard sur H. Et cela conduit au fait que toute l'énergie acquise par le matériau ferromagnétique lors de la magnétisation n'est pas complètement transférée lors du cycle de démagnétisation. Et cette différence va tout dans le chauffage du ferromagnétique. Et la boucle d'hystérésis magnétique s'avère être asymétrique dans ce cas.
Forme de boucle
La forme de la boucle dépend de nombreux paramètres - l'aimantation, l'intensité du champ, la présence de pertes, etc. La composition chimique du ferromagnétique, son état structurel, la température, la nature et la répartition des défauts, la présence de traitement (thermique, thermomagnétique, mécanique). Par conséquent, l'hystérésis des ferromagnétiques peut être modifiée en soumettant les matériaux à un traitement mécanique. Cela change toutes les caractéristiques du matériau.
Perte d'hystérésis
Lors de la réaimantation dynamique d'un ferromagnétique par un champ magnétique alternatif, des pertes sont observées. De plus, ils ne représentent qu'une petite fraction des pertes magnétiques totales. Si les boucles ont la même hauteur (même valeur maximale d'aimantation M), la boucle de type dynamique est plus large que la statique. Cela est dû au fait que de nouvelles pertes s'ajoutent à toutes les pertes. Ce sont des pertes dynamiques, elles sont généralement associées aux courants de Foucault, à la viscosité magnétique. En somme, on obtient des pertes par hystérésis assez importantes.
Ferromagnétiques à domaine unique
BSi les particules ont des tailles différentes, le processus de rotation a lieu. Cela se produit parce que la formation de nouveaux domaines est défavorable du point de vue énergétique. Mais le processus de rotation des particules est entravé par l'anisotropie (magnétique). Il peut avoir une origine différente - se former dans le cristal lui-même, survenir en raison d'une contrainte élastique, etc.). Mais c'est précisément grâce à cette anisotropie que l'aimantation est maintenue par le champ interne. On l'appelle aussi champ d'anisotropie magnétique effectif. Et l'hystérésis magnétique est due au fait que la magnétisation change dans deux directions - avant et arrière. Lors de la réaimantation des ferromagnétiques à domaine unique, plusieurs sauts se produisent. Le vecteur d'aimantation M tourne vers le champ H. De plus, la spire peut être uniforme ou non.
Ferromagnétiques multi-domaines
Chez eux, la courbe d'aimantation est construite de la même manière, mais les processus sont différents. Lors de l'inversion de l'aimantation, les limites de domaine se déplacent. Par conséquent, l'une des causes de l'hystérésis peut être le retard dans les déplacements des frontières, ainsi que les sauts irréversibles. Parfois (si les ferromagnétiques ont un champ assez important), l'hystérésis magnétique est déterminée par le retard de croissance et la formation de noyaux d'inversion d'aimantation. C'est à partir de ces noyaux que se forme la structure en domaines des substances ferromagnétiques.
Théorie de l'hystérésis
Il faut tenir compte du fait que le phénomène d'hystérésis magnétique se produit également lorsque le champ H tourne, et pas seulement lorsqu'il change de signe etTaille. C'est ce qu'on appelle l'hystérésis de la rotation magnétique et correspond à un changement de direction de l'aimantation M avec un changement de direction du champ H. L'apparition de l'hystérésis de la rotation magnétique est également observée lorsque l'échantillon est mis en rotation relative au champ fixe H.
La courbe d'aimantation caractérise également la structure magnétique du domaine. La structure change au cours du passage des processus d'aimantation et d'inversion de l'aimantation. Les changements dépendent de la mesure dans laquelle les limites du domaine se déplacent et des effets d'un champ magnétique externe. Absolument tout ce qui peut retarder tous les processus décrits ci-dessus met les ferromagnétiques dans un état instable et provoque une hystérésis magnétique.
Il faut tenir compte du fait que l'hystérésis dépend de nombreux paramètres. La magnétisation change sous l'influence de facteurs externes - température, contrainte élastique, par conséquent, une hystérésis se produit. Dans ce cas, une hystérésis apparaît non seulement dans l'aimantation, mais aussi dans toutes les propriétés dont elle dépend. Comme on peut le voir ici, le phénomène d'hystérésis peut être observé non seulement lors de l'aimantation du matériau, mais également lors d'autres processus physiques qui lui sont directement ou indirectement associés.
