Что такое гистерезис, какие польза и вред от данного явления. Гистерезис котла что это такое

Гистерезис в электротехнике и электронике: что это такое

В электротехнике есть разные приборы, принцип работы которых основан на электромагнитных явлениях. Где есть сердечник, на котором намотана катушка из проводящего материала, например, меди, наблюдаются взаимодействия за счёт магнитных полей. Это реле, пускатели, контакторы, электродвигатели и магниты. Среди характеристик сердечников есть такая характеристика как гистерезис. В этой статье мы рассмотрим, что это такое, а также какаие польза и вред от данного явления.

Определение понятия

У слова «Гистерезис» греческие корни, оно переводится как запаздывающий или отстающий. Этот термин используется в разных сферах науки и техники. В общем смысле понятие гистерезис отличает различное поведение системы при противоположных воздействиях.

Это можно сказать и более простыми словами. Допустим есть какая-то система, на которую можно влиять в нескольких направлениях. Если при воздействии на неё в прямом направлении, после прекращения система не возвращается в исходное состояние, а устанавливается в промежуточном — тогда чтобы вернуть в исходное состояние нужно воздействовать уже в другом направлении с какой-то силой. В этом случае система обладает гистерезисом.

Иногда это явление используется в полезных целях, например, для создания элементов, которые срабатывают при определённых пороговых значениях воздействующих сил и для регуляторов. В других случаях гистерезис несёт пагубное влияние, рассмотрим это на практике.

Гистерезис в электротехнике

В электротехнике гистерезис — это важная характеристика для материалов, из которых изготавливаются сердечники электрических машин и аппаратов. Прежде чем приступать к объяснениям, давайте рассмотрим кривую намагничивания сердечника.

Изображение на графике подобного вида называют также петлей гистерезиса.

Важно! В данном случае речь идет о гистерезисе феромагнетиков, здесь это нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции материала от величины внешней магнитной индукции, которая зависит от предыдущего состояния элемента.

При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле. Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё.

Отчего зависит гистерезис? Соответственно сердечник изготавливается из металла, от его типа зависят его характеристики и кривая намагничивания.

Если использовать, например, каленную сталь, то гистерезис будет шире. При выборе так называемых магнитомягких материалов — график сузится. Что это значит и для чего это нужно?

Дело в том, что при работе такой катушки в цепи переменного тока ток протекает то в одном, то в другом направлении. В результате и магнитные силы, полюса постоянно переворачивается. В катушке без сердечника это происходит в принципе одновременно, но с сердечником дела обстоят иначе. Он постепенно намагничивается, его магнитная индукция возрастает и постепенно доходит до почти горизонтального участка графика, который называется участком насыщения.

После этого, если вы начнете изменять направление тока и магнитного поля, сердечник должен будет перемагнитится. Но если просто отключить ток и тем самым убрать источник магнитного поля, сердечник все равно останется намагниченным, хоть и не так сильно. На следующем графике это точка «А». Чтобы его размагнитить до исходного состояния нужно создать уже отрицательную напряженность магнитного поля. Это точка «Б». Соответственно ток в катушке должен протекать в обратном направлении.

Значение напряженности магнитного поля для полного размагничивания сердечника называется коэрцитивной силой и чем она меньше, тем лучше в данном случае.

Перемагничивание в обратном направлении будет проходить аналогично, но уже по нижней ветви петли. То есть при работе в цепи переменного тока часть энергии будет затрачиваться на перемагничивание сердечника. Это ведёт к тому что КПД электродвигателя и трансформатора снижается. Соответственно это приводит к его нагреву.

Важно! Чем меньше гистерезис и коэрцитивная сила, тем меньше потери на перемагничивание сердечника.

Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов. Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания.

Гистерезис в электронике

В электронных устройствах гистерезис несёт в основном полезные функции. Допустим это используется в пороговых элементах, например, компараторах и триггерах Шмидта. Ниже вы видите график его состояний:

Это нужно в тех случаях, чтобы устройство сработало при достижении сигнала X, после чего сигнал может начать уменьшаться и устройство не отключилось до тех пор, пока сигнал не упадет до уровня Y. Такое решение используется для подавления дребезга контакта, помех и случайных всплесков, а также в различных регуляторах.

Например, термостат или регулятор температуры. Обычно его принцип действия заключается в том, чтобы отключить нагревательный (или охладительный) прибор в тот момент, когда температура в помещении или другом месте достигла заданного уровня.

Рассмотрим два варианта работы кратко и просто:

1. Без гистерезиса. Включение и отключение при заданной температуре. При этом здесь есть нюансы. Если вы установили регулятор температуры на 22 градуса и обогреваете комнату до этого уровня, то как только в комнате будет 22 он выключится, а когда вновь опустится до 21 – включится. Это не всегда правильное решение, потому что ваш управляемый прибор будет слишком часто включаться и отключаться. К тому же в большинстве бытовых и многих производственных задачах нет нужды настолько четкой поддержки температуры.
2. С гистерезисом. Чтобы сделать некий зазор в допустимом диапазоне регулируемых параметров применяют гистерезис. То есть, если вы установили температуру в 22 градуса, то, как только она будет достигнута, обогреватель отключится. Допустим, что гистерезис в регуляторе установлен на зазор в 3 градуса, то обогреватель вновь заработает только тогда, когда температура воздуха опустится до 19 градусов.

Иногда этот зазор регулируется на ваше усмотрение. В простых исполнениях используются биметаллические пластины.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором рассказывается, что такое гистерезис и как его можно использовать:

Мы рассмотрели явление и применение гистерезиса в электрике. Итог следующий: в электроприводе и трансформаторах он несет пагубный эффект, а в электронике и разнообразных регуляторах находит и полезное применение. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

samelectrik.ru

Гистерезис — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.

В физике

Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряжённости магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения M. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия различного происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц и анизотропия упругих напряжений). Благодаря анизотропии, M как будто удерживается некоторым внутренним полем <math>H_A</math> (эффективным полем магнитной анизотропии) вдоль одной из осей лёгкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Магнитный гистерезис возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений М в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным <math>H_A</math>). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении H. Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила <math>H_c \approx H_A </math>. Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на <math>H_c</math> он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом <math>H_c</math> может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации <math>P</math> сегнетоэлектриков от внешнего электрического поля <math>E</math> при его циклическом изменении. Сегнетоэлектрические кристаллы обладают в определенном температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, то есть возникающей в отсутствие внешнего электрического поля) электрической поляризацией <math>P_c</math>. Направление поляризации может быть изменено электрическим полем. При этом зависимость <math>P</math> (<math>E</math>) в полярной фазе неоднозначна, значение <math>P</math> при данном <math>E</math> зависит от предыстории, то есть от того, каким было электрическое поле в предшествующие моменты времени. Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:

• остаточная поляризация кристалла <math>P_r</math>, при <math>E = 0</math>
• значение поля <math>E_{Kt}</math> (коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация

Упругий гистерезис

В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.

Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.

Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости. Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая со временем исчезает не полностью. Как при неупругом, так и вязкоупругом поведении величина <math>\Delta U</math> — энергия упругой деформации — не зависит от амплитуды деформации и меняется с частотой изменения нагрузки. Также динамический гистерезис возникает в результате термоупругости, магнитоупругих явлений и изменения положения точечных дефектов и растворённых атомов в кристаллической решётке тела под влиянием приложенных напряжений.

В электронике и электротехнике

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.

В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляет порядка 10—100 ppm[1].

В биологии

Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.

В экологии популяций система «хищник — жертва» обладает гистерезисом и/или запаздыванием численного отклика хищника.

В почвоведении

Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.

В гидрологии

Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.

В экономике

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нём. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике.

Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводить к гистерезису.

Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется её текущей динамикой или её начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

В социологии

Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.

В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства[2].

Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта-носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.

Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что «точка отсчёта» времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и её текущего состояния.

В философии

Жиль Делёз использует понятие гистерезиса при характеристике монадологии Лейбница.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. В 1960-х годах в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, на котором создавалась строгая математическая теория гистерезиса[3].

Позднее, в 1983 году появилась монография М. А. Красносельского и А. В. Покровского[4], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве. Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе[5].

Помимо классических петель замена в данной модели гармонических функций на трапецеидальные или треугольные импульсы позволяет также получить кусочно-линейные петли гистерезиса, которые часто встречаются в задачах дискретной автоматики. Имеется реализация модели гистерезиса на языке программирования R (пакет Hysteresis)[6].

Напишите отзыв о статье "Гистерезис"

Примечания

1. ↑ Harrison, L. Current Sources & Voltage References. — Newnes, 2005. — 569 p. — (Electronics & Electrical). — ISBN 9780750677523., p. 335
2. ↑ Горшков М. К. Общественное мнение. Учебное пособие. — М., Политиздат, 1989. — 384 стр.
3. ↑ Красносельский М. А., Покровский А. В. Системы с гистерезисом. — М.: Наука, 1983.
4. ↑ Красносельский М. А., Покровский А. В. Системы с гистерезисом. — М.: Наука, 1983. — 271 с.
5. ↑ R. V. Lapshin (1995). «[www.lapshin.fast-page.org/publications.htm#analytical1995 Analytical model for the approximation of hysteresis loop and its application to the scanning tunneling microscope]». Review of Scientific Instruments (AIP) 66 (9): 4718-4730. DOI:10.1063/1.1145314. ISSN [worldcat.org/issn/0034-6748 0034-6748]. ([www.lapshin.fast-page.org/publications.htm#analytical1995 перевод на русский]).
6. ↑ S. Maynes, F. Yang, A. Parkhurst. [cran.r-project.org/web/packages/hysteresis/index.html Package Hysteresis (Tools for Modeling Rate-Dependent Hysteretic Processes and Ellipses)]. R-project (November 20, 2013). Проверено 11 декабря 2014.

Литература

• В. А. Костицын, [mi.mathnet.ru/msb7323 «Опыт математической теории гистерезиса», Матем. сб., 32:1 (1924), 192—202.]
• Раддай Райхлин. [raikhlin.co.il/myrusbook/chapter10/Synergetics.htm#_Борьба_с_толпой_1 Гражданская война, террор и бандитизм. Систематизация социологии и социальная динамика]. Раздел «Борьба с толпой»
• Капустин В. С. [spkurdyumov.narod.ru/Kapustin12.htm Введение в теорию социальной самоорганизации]. Тема 11. Явление гистерезиса в формировании национальных форм и способов самоорганизации. Современные парадоксы и загадки «начала»

Ссылки

• [electricalschool.info/2011/09/10/chto-takoe-gisterezis.html Что такое гистерезис?] — о магнитном гистерезисе

Отрывок, характеризующий Гистерезис

О той партии пленных, в которой был Пьер, во время всего своего движения от Москвы, не было от французского начальства никакого нового распоряжения. Партия эта 22 го октября находилась уже не с теми войсками и обозами, с которыми она вышла из Москвы. Половина обоза с сухарями, который шел за ними первые переходы, была отбита казаками, другая половина уехала вперед; пеших кавалеристов, которые шли впереди, не было ни одного больше; они все исчезли. Артиллерия, которая первые переходы виднелась впереди, заменилась теперь огромным обозом маршала Жюно, конвоируемого вестфальцами. Сзади пленных ехал обоз кавалерийских вещей. От Вязьмы французские войска, прежде шедшие тремя колоннами, шли теперь одной кучей. Те признаки беспорядка, которые заметил Пьер на первом привале из Москвы, теперь дошли до последней степени. Дорога, по которой они шли, с обеих сторон была уложена мертвыми лошадьми; оборванные люди, отсталые от разных команд, беспрестанно переменяясь, то присоединялись, то опять отставали от шедшей колонны. Несколько раз во время похода бывали фальшивые тревоги, и солдаты конвоя поднимали ружья, стреляли и бежали стремглав, давя друг друга, но потом опять собирались и бранили друг друга за напрасный страх. Эти три сборища, шедшие вместе, – кавалерийское депо, депо пленных и обоз Жюно, – все еще составляли что то отдельное и цельное, хотя и то, и другое, и третье быстро таяло. В депо, в котором было сто двадцать повозок сначала, теперь оставалось не больше шестидесяти; остальные были отбиты или брошены. Из обоза Жюно тоже было оставлено и отбито несколько повозок. Три повозки были разграблены набежавшими отсталыми солдатами из корпуса Даву. Из разговоров немцев Пьер слышал, что к этому обозу ставили караул больше, чем к пленным, и что один из их товарищей, солдат немец, был расстрелян по приказанию самого маршала за то, что у солдата нашли серебряную ложку, принадлежавшую маршалу. Больше же всего из этих трех сборищ растаяло депо пленных. Из трехсот тридцати человек, вышедших из Москвы, теперь оставалось меньше ста. Пленные еще более, чем седла кавалерийского депо и чем обоз Жюно, тяготили конвоирующих солдат. Седла и ложки Жюно, они понимали, что могли для чего нибудь пригодиться, но для чего было голодным и холодным солдатам конвоя стоять на карауле и стеречь таких же холодных и голодных русских, которые мерли и отставали дорогой, которых было велено пристреливать, – это было не только непонятно, но и противно. И конвойные, как бы боясь в том горестном положении, в котором они сами находились, не отдаться бывшему в них чувству жалости к пленным и тем ухудшить свое положение, особенно мрачно и строго обращались с ними. В Дорогобуже, в то время как, заперев пленных в конюшню, конвойные солдаты ушли грабить свои же магазины, несколько человек пленных солдат подкопались под стену и убежали, но были захвачены французами и расстреляны. Прежний, введенный при выходе из Москвы, порядок, чтобы пленные офицеры шли отдельно от солдат, уже давно был уничтожен; все те, которые могли идти, шли вместе, и Пьер с третьего перехода уже соединился опять с Каратаевым и лиловой кривоногой собакой, которая избрала себе хозяином Каратаева. С Каратаевым, на третий день выхода из Москвы, сделалась та лихорадка, от которой он лежал в московском гошпитале, и по мере того как Каратаев ослабевал, Пьер отдалялся от него. Пьер не знал отчего, но, с тех пор как Каратаев стал слабеть, Пьер должен был делать усилие над собой, чтобы подойти к нему. И подходя к нему и слушая те тихие стоны, с которыми Каратаев обыкновенно на привалах ложился, и чувствуя усилившийся теперь запах, который издавал от себя Каратаев, Пьер отходил от него подальше и не думал о нем. В плену, в балагане, Пьер узнал не умом, а всем существом своим, жизнью, что человек сотворен для счастья, что счастье в нем самом, в удовлетворении естественных человеческих потребностей, и что все несчастье происходит не от недостатка, а от излишка; но теперь, в эти последние три недели похода, он узнал еще новую, утешительную истину – он узнал, что на свете нет ничего страшного. Он узнал, что так как нет положения, в котором бы человек был счастлив и вполне свободен, так и нет положения, в котором бы он был бы несчастлив и несвободен. Он узнал, что есть граница страданий и граница свободы и что эта граница очень близка; что тот человек, который страдал оттого, что в розовой постели его завернулся один листок, точно так же страдал, как страдал он теперь, засыпая на голой, сырой земле, остужая одну сторону и пригревая другую; что, когда он, бывало, надевал свои бальные узкие башмаки, он точно так же страдал, как теперь, когда он шел уже босой совсем (обувь его давно растрепалась), ногами, покрытыми болячками. Он узнал, что, когда он, как ему казалось, по собственной своей воле женился на своей жене, он был не более свободен, чем теперь, когда его запирали на ночь в конюшню. Из всего того, что потом и он называл страданием, но которое он тогда почти не чувствовал, главное были босые, стертые, заструпелые ноги. (Лошадиное мясо было вкусно и питательно, селитренный букет пороха, употребляемого вместо соли, был даже приятен, холода большого не было, и днем на ходу всегда бывало жарко, а ночью были костры; вши, евшие тело, приятно согревали.) Одно было тяжело в первое время – это ноги. Во второй день перехода, осмотрев у костра свои болячки, Пьер думал невозможным ступить на них; но когда все поднялись, он пошел, прихрамывая, и потом, когда разогрелся, пошел без боли, хотя к вечеру страшнее еще было смотреть на ноги. Но он не смотрел на них и думал о другом. Теперь только Пьер понял всю силу жизненности человека и спасительную силу перемещения внимания, вложенную в человека, подобную тому спасительному клапану в паровиках, который выпускает лишний пар, как только плотность его превышает известную норму. Он не видал и не слыхал, как пристреливали отсталых пленных, хотя более сотни из них уже погибли таким образом. Он не думал о Каратаеве, который слабел с каждым днем и, очевидно, скоро должен был подвергнуться той же участи. Еще менее Пьер думал о себе. Чем труднее становилось его положение, чем страшнее была будущность, тем независимее от того положения, в котором он находился, приходили ему радостные и успокоительные мысли, воспоминания и представления.

22 го числа, в полдень, Пьер шел в гору по грязной, скользкой дороге, глядя на свои ноги и на неровности пути. Изредка он взглядывал на знакомую толпу, окружающую его, и опять на свои ноги. И то и другое было одинаково свое и знакомое ему. Лиловый кривоногий Серый весело бежал стороной дороги, изредка, в доказательство своей ловкости и довольства, поджимая заднюю лапу и прыгая на трех и потом опять на всех четырех бросаясь с лаем на вороньев, которые сидели на падали. Серый был веселее и глаже, чем в Москве. Со всех сторон лежало мясо различных животных – от человеческого до лошадиного, в различных степенях разложения; и волков не подпускали шедшие люди, так что Серый мог наедаться сколько угодно. Дождик шел с утра, и казалось, что вот вот он пройдет и на небе расчистит, как вслед за непродолжительной остановкой припускал дождик еще сильнее. Напитанная дождем дорога уже не принимала в себя воды, и ручьи текли по колеям. Пьер шел, оглядываясь по сторонам, считая шаги по три, и загибал на пальцах. Обращаясь к дождю, он внутренне приговаривал: ну ка, ну ка, еще, еще наддай. Ему казалось, что он ни о чем не думает; но далеко и глубоко где то что то важное и утешительное думала его душа. Это что то было тончайшее духовное извлечение из вчерашнего его разговора с Каратаевым. Вчера, на ночном привале, озябнув у потухшего огня, Пьер встал и перешел к ближайшему, лучше горящему костру. У костра, к которому он подошел, сидел Платон, укрывшись, как ризой, с головой шинелью, и рассказывал солдатам своим спорым, приятным, но слабым, болезненным голосом знакомую Пьеру историю. Было уже за полночь. Это было то время, в которое Каратаев обыкновенно оживал от лихорадочного припадка и бывал особенно оживлен. Подойдя к костру и услыхав слабый, болезненный голос Платона и увидав его ярко освещенное огнем жалкое лицо, Пьера что то неприятно кольнуло в сердце. Он испугался своей жалости к этому человеку и хотел уйти, но другого костра не было, и Пьер, стараясь не глядеть на Платона, подсел к костру. – Что, как твое здоровье? – спросил он. – Что здоровье? На болезнь плакаться – бог смерти не даст, – сказал Каратаев и тотчас же возвратился к начатому рассказу. – …И вот, братец ты мой, – продолжал Платон с улыбкой на худом, бледном лице и с особенным, радостным блеском в глазах, – вот, братец ты мой… Пьер знал эту историю давно, Каратаев раз шесть ему одному рассказывал эту историю, и всегда с особенным, радостным чувством. Но как ни хорошо знал Пьер эту историю, он теперь прислушался к ней, как к чему то новому, и тот тихий восторг, который, рассказывая, видимо, испытывал Каратаев, сообщился и Пьеру. История эта была о старом купце, благообразно и богобоязненно жившем с семьей и поехавшем однажды с товарищем, богатым купцом, к Макарью. Остановившись на постоялом дворе, оба купца заснули, и на другой день товарищ купца был найден зарезанным и ограбленным. Окровавленный нож найден был под подушкой старого купца. Купца судили, наказали кнутом и, выдернув ноздри, – как следует по порядку, говорил Каратаев, – сослали в каторгу. – И вот, братец ты мой (на этом месте Пьер застал рассказ Каратаева), проходит тому делу годов десять или больше того. Живет старичок на каторге. Как следовает, покоряется, худого не делает. Только у бога смерти просит. – Хорошо. И соберись они, ночным делом, каторжные то, так же вот как мы с тобой, и старичок с ними. И зашел разговор, кто за что страдает, в чем богу виноват. Стали сказывать, тот душу загубил, тот две, тот поджег, тот беглый, так ни за что. Стали старичка спрашивать: ты за что, мол, дедушка, страдаешь? Я, братцы мои миленькие, говорит, за свои да за людские грехи страдаю. А я ни душ не губил, ни чужого не брал, акромя что нищую братию оделял. Я, братцы мои миленькие, купец; и богатство большое имел. Так и так, говорит. И рассказал им, значит, как все дело было, по порядку. Я, говорит, о себе не тужу. Меня, значит, бог сыскал. Одно, говорит, мне свою старуху и деток жаль. И так то заплакал старичок. Случись в их компании тот самый человек, значит, что купца убил. Где, говорит, дедушка, было? Когда, в каком месяце? все расспросил. Заболело у него сердце. Подходит таким манером к старичку – хлоп в ноги. За меня ты, говорит, старичок, пропадаешь. Правда истинная; безвинно напрасно, говорит, ребятушки, человек этот мучится. Я, говорит, то самое дело сделал и нож тебе под голова сонному подложил. Прости, говорит, дедушка, меня ты ради Христа. Каратаев замолчал, радостно улыбаясь, глядя на огонь, и поправил поленья. – Старичок и говорит: бог, мол, тебя простит, а мы все, говорит, богу грешны, я за свои грехи страдаю. Сам заплакал горючьми слезьми. Что же думаешь, соколик, – все светлее и светлее сияя восторженной улыбкой, говорил Каратаев, как будто в том, что он имел теперь рассказать, заключалась главная прелесть и все значение рассказа, – что же думаешь, соколик, объявился этот убийца самый по начальству. Я, говорит, шесть душ загубил (большой злодей был), но всего мне жальче старичка этого. Пускай же он на меня не плачется. Объявился: списали, послали бумагу, как следовает. Место дальнее, пока суд да дело, пока все бумаги списали как должно, по начальствам, значит. До царя доходило. Пока что, пришел царский указ: выпустить купца, дать ему награждения, сколько там присудили. Пришла бумага, стали старичка разыскивать. Где такой старичок безвинно напрасно страдал? От царя бумага вышла. Стали искать. – Нижняя челюсть Каратаева дрогнула. – А его уж бог простил – помер. Так то, соколик, – закончил Каратаев и долго, молча улыбаясь, смотрел перед собой. Не самый рассказ этот, но таинственный смысл его, та восторженная радость, которая сияла в лице Каратаева при этом рассказе, таинственное значение этой радости, это то смутно и радостно наполняло теперь душу Пьера.

– A vos places! [По местам!] – вдруг закричал голос. Между пленными и конвойными произошло радостное смятение и ожидание чего то счастливого и торжественного. Со всех сторон послышались крики команды, и с левой стороны, рысью объезжая пленных, показались кавалеристы, хорошо одетые, на хороших лошадях. На всех лицах было выражение напряженности, которая бывает у людей при близости высших властей. Пленные сбились в кучу, их столкнули с дороги; конвойные построились. – L'Empereur! L'Empereur! Le marechal! Le duc! [Император! Император! Маршал! Герцог!] – и только что проехали сытые конвойные, как прогремела карета цугом, на серых лошадях. Пьер мельком увидал спокойное, красивое, толстое и белое лицо человека в треугольной шляпе. Это был один из маршалов. Взгляд маршала обратился на крупную, заметную фигуру Пьера, и в том выражении, с которым маршал этот нахмурился и отвернул лицо, Пьеру показалось сострадание и желание скрыть его. Генерал, который вел депо, с красным испуганным лицом, погоняя свою худую лошадь, скакал за каретой. Несколько офицеров сошлось вместе, солдаты окружили их. У всех были взволнованно напряженные лица. – Qu'est ce qu'il a dit? Qu'est ce qu'il a dit?.. [Что он сказал? Что? Что?..] – слышал Пьер. Во время проезда маршала пленные сбились в кучу, и Пьер увидал Каратаева, которого он не видал еще в нынешнее утро. Каратаев в своей шинельке сидел, прислонившись к березе. В лице его, кроме выражения вчерашнего радостного умиления при рассказе о безвинном страдании купца, светилось еще выражение тихой торжественности. Каратаев смотрел на Пьера своими добрыми, круглыми глазами, подернутыми теперь слезою, и, видимо, подзывал его к себе, хотел сказать что то. Но Пьеру слишком страшно было за себя. Он сделал так, как будто не видал его взгляда, и поспешно отошел. Когда пленные опять тронулись, Пьер оглянулся назад. Каратаев сидел на краю дороги, у березы; и два француза что то говорили над ним. Пьер не оглядывался больше. Он шел, прихрамывая, в гору.

wiki-org.ru

Гистерезис - это... Что такое Гистерезис?

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление "насыщения", а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.

В физике

Наибольший интерес представляют магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис.

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в которых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения M. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия различного происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц и анизотропия упругих напряжений). Благодаря анизотропии, M как-будто удерживается некоторым внутренним полем (эффективным полем магнитной анизотропии) вдоль одной из осей лёгкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Магнитный гистерезис возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений М в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным ). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении H. Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила . Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наибольшее влияние на он оказывает в случае, когда основную роль играет анизотропия формы частиц. При этом может быть существенно меньше эффективного поля анизотропии формы.

Сегнетоэлектрический гистерезис

Сегнетоэлектрический гистерезис — неоднозначная петлеобразная зависимость поляризации P сегнетоэлектриков от внешнего электрического поля E при его циклическом изменении. Сегнетоэлектрические кристаллы обладают в определенном температурном интервале спонтанной (самопроизвольной, то есть возникающей в отсутствие внешнего электрического поля) электрической поляризацией Pc. Направление поляризации может быть изменено электрическим полем. При этом зависимость P(E) в полярной фазе неоднозначна, значение P при данном E зависит от предыстории, то есть от того, каким было электрическое поле в предшествующие моменты времени. Основные параметры сегнетоэлектрического гистерезиса:

• остаточная поляризация кристалла Pост, при E = 0
• значение поля EKt(коэрцитивное поле) при котором происходит переполяризация

Упругий гистерезис

В теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать её при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня). Во многом именно это явление объясняет анизотропию механических характеристик кованых изделий, а также их высокие механические качества.

Различают два вида упругого гистерезиса — динамический и статический.

Динамический гистерезис наблюдают при циклически изменяющихся напряжениях, максимальная амплитуда которых существенно ниже предела упругости. Причиной этого вида гистерезиса является неупругость либо вязкоупругость. При неупругости, помимо чисто упругой деформации (отвечающей закону Гука), имеется составляющая, которая полностью исчезает при снятии напряжений, но с некоторым запаздыванием, а при вязкоупругости эта составляющая со временем исчезает не полностью. Как при неупругом, так и вязкоупругом поведении величина  — энергия упругой деформации — не зависит от амплитуды деформации и меняется с частотой изменения нагрузки. Также динамический гистерезис возникает в результате термоупругости, магнитоупругих явлений и изменения положения точечных дефектов и растворённых атомов в кристаллической решётке тела под влиянием приложенных напряжений.

В электронике и электротехнике

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.

В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляют порядка 10-100 ppm[1].

В биологии

Гистерезисные свойства характерны для скелетных мышц млекопитающих.

В почвоведении

Основная гидрофизическая характеристика почвы обладает гистерезисом.

В гидрологии

Зависимость Q=f(H) — связь расходов и уровней воды в реках — имеет петлеобразную форму.

В экономике

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нем. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике. Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводить к гистерезису. Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется ее текущей динамикой или ее начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

В социологии

Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.

В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства.[2]

Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта—носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.

Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что "точка отсчета" времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и ее текущего состояния.

Литература по теме

В философии

Жиль Делёз использует понятие гистерезиса при характеристике монадологии Лейбница.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. Создание математической теории гистерезиса относится к 60-м годам XX-го века[источник не указан 652 дня], когда в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, «гистерезисной» тематики. Позднее, в 1983 году появилась монография [3], в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве. Простое параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в работе [4] (замена в данной модели гармонических функций на прямоугольные, треугольные или трапецеидальные импульсы позволяет также получить кусочно-линейные петли гистерезисы, которые часто встречаются в дискретной автоматике, см. пример на Рис. 2).

Литература

В. А. Костицын, «Опыт математической теории гистерезиса», Матем. сб., 32:1 (1924), 192—202.

Примечания

dic.academic.ru

Гистерезис магнитный: описание, свойства, практическое применение

Бывает гистерезис магнитный, сегнетоэлектрический, динамический, упругий. Он также встречается в биологии, почвоведении, экономике. Причем суть у этого определения практически одинакова. Но в статье пойдет речь именно про магнитный, вы узнаете более подробно об этом явлении, от чего оно зависит и когда проявляется. Данное явление изучается в вузах с технической направленностью, в школьную программу не входит, поэтому не каждый знает о нем.

Гистерезис магнитный

Это необратимая и неоднозначная зависимость показателя намагниченности вещества (причем это, как правило, ферромагнетики магнитоупорядоченные) от внешнего магнитного поля. При этом поле постоянно изменяется – уменьшается или увеличивается. Общая причина существования гистерезиса – это наличие в минимуме термодинамического потенциала нестабильного состояния и стабильного, а также имеются необратимые переходы между ними. Гистерезис – это также проявление магнитного ориентационного фазового перехода 1-го рода. При них переходы от одной к другой фазам происходят из-за метастабильных состояний. Характеристика – это график, который носит название «петля гистерезиса». Иногда еще его называют «кривой намагниченности».

Петля гистерезиса

На графике зависимости М от Н можно видеть:

1. Из нулевого состояния, при котором М=0 и Н=0, с увеличением Н растет и М.
2. Когда поле увеличивается, то намагниченность становится практически постоянной и равна значению насыщения.
3. При уменьшении Н происходит обратное изменение, но вот когда Н=0, намагниченность М не будет равна нулю. Это изменение можно видеть по кривой размагничивания. И когда Н=0, М принимает значение, равное остаточной намагниченности.
4. При увеличении Н в интервале –Нт... +Нт происходит изменение намагниченности вдоль третьей кривой.
5. Все три кривые, описывающие процессы, соединяются и образуют своеобразную петлю. Она-то и описывает явление гистерезиса – процессы намагничивания и размагничивания.

Энергия намагничивания

Петля считается несимметричной в том случае, когда максимумы поля Н1, которые прикладываются в обратном и прямом направлениях, не являются одинаковыми. Выше была описана петля, которая характерна для медленного процесса перемагничивания. При них происходит сохранение квазиравновесных связей между значениями Н и М. Нужно обратить внимание на то, что при намагничивании или размагничивании происходит отставание М от Н. И это приводит к тому, что вся та энергия, которая приобретается ферромагнитным материалом во время намагничивания, отдается не полностью при прохождении цикла размагничивания. И вот эта разница идет вся в нагрев ферромагнетика. И петля магнитного гистерезиса оказывается в этом случае несимметричной.

Форма петли

Зависит форма петли от многих параметров – намагниченности, напряженности поля, наличия потерь и т. д. Также немалое влияние оказывает и химический состав ферромагнетика, структурное состояние его, температура, характер и распределение дефектов, наличие обработки (тепловой, термомагнитной, механической). Следовательно, гистерезис ферромагнетиков можно изменять, подвергая материалы механической обработке. От этого изменяются все характеристики материала.

Гистерезисные потери

Во время динамического перемагничивания ферромагнетика переменным магнитным полем наблюдаются потери. Причем они составляют лишь малую долю от полных магнитных потерь. Если петли имеют одинаковую высоту (одинаковое максимальное значение намагниченности М), петля динамического вида оказывается шире статической. Происходит это вследствие того, что ко всем потерям добавляются новые. Это динамические потери, они обычно связаны с вихревым током, магнитной вязкостью. В сумме же получаются достаточно существенные потери на гистерезис.

Однодоменные ферромагнетики

В том случае, если частицы имеют различный размер, протекает процесс вращения. Происходит это по причине того, что образование новых доменов невыгодно с энергетической точки зрения. Но процессу вращения частиц мешает анизотропия (магнитная). Она может иметь разное происхождение – образовываться в самом кристалле, возникать вследствие упругого напряжения и т. д.). Но именно при помощи этой анизотропии намагниченность удерживается внутренним полем. Его еще называют эффективным полем магнитной анизотропии. И гистерезис магнитный возникает вследствие того, что намагниченность изменяется в двух направлениях – прямом и обратном. Во время перемагничивания однодоменных ферромагнетиков происходит несколько скачков. Вектор намагниченности М разворачивается в сторону поля Н. Причем поворот может быть однородным или неоднородным.

Многодоменные ферромагнетики

В них кривая намагничивания строится по подобному образу, но вот процессы протекают иные. При перемагничивании происходит смещение границ доменов. Следовательно, одной из причин возникновения гистерезиса может являться задержка смещений границ, а также необратимые скачки. Иногда (если у ферромагнетиков довольно большое поле) гистерезис магнитный определяется задержкой роста и образования зародышей перемагничивания. Именно из этих зародышей образуется доменная структура ферромагнитных веществ.

Теория гистерезиса

Стоит учитывать, что явление магнитного гистерезиса происходит также при вращении поля Н, а не только при его изменении по знаку и величине. Называется это гистерезисом магнитного вращения и соответствует изменению направления намагниченности М с изменением направления поля Н. Возникновение гистерезиса магнитного вращения наблюдается также при вращении исследуемого образца относительно фиксированного поля Н.

Кривая намагничивания характеризует также магнитную структуру домена. Структура изменяется при прохождении процессов намагничивания и перемагничивания. Изменения зависят от того, насколько смещаются границы доменов, от воздействий внешнего магнитного поля. Абсолютно все, что способно задержать все процессы, описанные выше, переводит ферромагнетики в нестабильное состояние и является причиной того, что возникает гистерезис магнитный.

Нужно учесть, что гистерезис зависит от множества параметров. Намагниченность меняется под воздействием внешних факторов – температуры, упругого напряжения, следовательно, возникает гистерезис. При этом появляется гистерезис не только намагниченности, но и всех тех свойств, от которых он зависит. Как можно видеть отсюда, явление гистерезиса можно наблюдать не только при намагничивании материала, но и при других физических процессах, связанных прямо или косвенно с ним.

fb.ru

ГИСТЕРЕЗИС - это... Что такое ГИСТЕРЕЗИС?

Вид и размеры петли магн. Г., значение Нс для разл. ферромагнетиков могут меняться в широких пределах. Напр., в чистом железе Hc=1Э, в сплаве магнико Hc=580 Э. На форму петли магн. Г. сильно влияет обработка материала, при к-рой изменяется число дефектов (рис. 2).

С ростом частоты перем. магн. поля (числа циклов перемагничивания в ед. времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью.

Рис. 2. Влияние механич. и термич. обработки на форму петли магн. гистерезиса железоникелевого сплава (пермаллоя): 1 — после наклёпа; 2 — после отжига: 3 — кривая магнитно-мягкого железа (для сравнения).

Соотв. площадь петли Г. при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда наз. динамической, в отличие от описанной выше статич. петли.

Рис. 3. Петля диэлектрич. гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрич. поля.

Упругий Г.— отставание во времени развития деформаций упругого тела от напряжений; явл. одним из проявлений внутреннего трения в твёрдых телах. При циклич. повторении нагрузки и разгрузки тела диаграмма, изображающая напряжение s в ф-ции от деформации e, даёт петлю упругого Г. (рис. 4), площадь к-рой DU пропорц. доле энергии упругости, перешедшей в теплоту. Для оценки упругого Г. часто пользуются относит. величиной y=DU/U, где U — энергия упругой деформации (заштрихованная область на рис. 4).

Для объяснения природы упругого Г. привлекаются теория релаксации, теория дислокаций и др.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

dic.academic.ru

Управление бытовым котлом. Выгодно!!!

Производители бытовых отопительных котлов, постоянно совершенствуя свою продукцию и наделяя ее новыми функциями, одновременно усложняют выбор нужного котла и его наладку. В наибольшей степени это касается котельной автоматики – вот уже и настенные котлы, управлявшиеся раньше с помощью одного потенциометра, теперь нередко поставляются со встроенной погодозависимой автоматикой. Однако более сложная система управления – это всегда и более высокая цена. Возникает резонный вопрос: «Нужно ли это?». Чтобы помочь потребителям ответить на него, попытаемся разобраться в основных функциях котельной автоматики.

Назначение систем управления бытовых котлов – это обеспечение безопасности, правильной эксплуатации оборудования и комфорта для проживающих в доме или квартире. Комфорт в нашем случае – это комфортная температура и отсутствие необходимости предпринимать какие-то действия для ее обеспечения (например, пойти в котельную, покрутить регулятор и т.д.). Наиболее просто и понятно обстоит дело с безопасностью: встроена ли в котел система управления, или она поставляется отдельно – в ней всегда есть предохранительный ограничитель температуры. Это устройство представляет собой термореле, размыкание контактов которого приводит к прекращению подачи топлива в котел при превышении безопасного значения температуры котловой воды. Срабатывание предохранительного ограничителя температуры – серьезная нештатная ситуация, и ее устранение, т.е. замена или переустановка предохранительного устройства и запуск котла требуют вмешательства специалиста по техническому обслуживанию. Само собой разумеется, обеспечение безопасности имеет наивысший приоритет среди прочих задач, поэтому верхний предел регулирования температуры котловой воды устанавливается таким образом, чтобы из-за выбега температура она никогда не превышала предельный уровень. О каком выбеге температуры идет речь? Представьте себе ситуацию внезапного прекращения электроснабжения: горелка отключилась, циркуляционный насос котлового контура остановился. Котел превращается в изолированную систему. В процессе установки в этой системе теплового равновесия температура металла снижается, а температура воды повышается на несколько градусов. Если до этого повышения она была близка к предельно допустимой, то авария котла при отключении электроэнергии гарантирована. Величина возможного выбега температуры зависит от конструкции и материала котла и учитывается производителем автоматики при установлении верхнего предела регулирования температуры воды в котле. Перейдем к основному назначению котловой автоматики: обеспечению комфортной температуры в отапливаемых помещениях. Как известно, та или иная температура в помещении устанавливается, когда достигается равновесие между тепловыми потерями и теплоотдачей отопительных приборов. При этом для поддержания заданного значения температуры любое изменение теплопотерь, вызванное переменой погоды, должно компенсироваться соответствующей коррекцией температуры теплоносителя либо его объемного потока через отопительные приборы. Наиболее просто эта задача решается с помощью термостатических вентилей, установленных на радиаторах или конвекторах при том, что температура теплоносителя остается постоянной. В этом случае функция котловой автоматики сводится к поддержанию заданной температуры подачи. Надо сказать, что у большинства бытовых котлов встроенный блок управления и не предполагает ничего большего: температура подачи задается вручную, хотя и поддерживается автоматически. Алгоритм регулирования при этом различается в зависимости от того, какой горелкой снабжен котел: модуляционной, одно- или двухступенчатой. В котлах с одноступенчатой горелкой регулятор температуры работает как пороговый переключатель, который включает и выключает горелку по достижении температурой подачи пороговых значений. Между порогами включения и выключения задана некая разница – гистерезис включения. Как правило, пороги включения и выключения расположены симметрично по отношению к заданной температуре подачи θуст так, чтобы среднее значение температуры за продолжительный период совпадало с заданным. Если объем теплоносителя в системе отопления невелик, а теплопотребление существенно меньше мощности горелки, температура после включения горелки будет расти слишком быстро. Соответственно, возникает опасность слишком частых включений горелки, что может сказаться и на ее ресурсе. Эта проблема преодолевается различными способами. Например, при помощи изменяющейся во времени величины гистерезиса (Ariston): в течение 1-й минуты после включения она равна 8, в течение 2-й минуты – 6, и начиная с 3-й минуты – 4 К. Алгоритм изменения величины гистерезиса в зависимости от ситуации заложен в автоматике фирмы Kromschröder: на сервисном уровне настройки системы управления можно задать увеличенный гистерезис (до 20 К) и время его действия (до 30 мин). При низких тепловых нагрузках и, соответственно, коротких периодах разогрева котла действует увеличенное значение гистерезиса. Если за заданное время гистерезиса порог выключения не был достигнут, величина гистерезиса автоматически линейно уменьшается до стандартных 5 К. Принципиально другой подход использован в котельной автоматике Buderus, где применяется алгоритм, названный разработчиками «динамическим переключением». Когда температура подачи, возрастая или уменьшаясь, сравнивается с заданной температурой θуст, система начинает вычислять интеграл функции изменения рассогласования во времени. Включение или выключение горелки происходит по достижении интегралом заданного значения. Очевидно, что при быстром разогреве котла температура переключения оказывается выше, чем при медленном. Таким образом, порог переключения автоматически подстраивается под характеристики системы отопления и величину теплопотребления. Алгоритм управления котлом с двухступенчатой горелкой принципиально не отличается от того, что рассмотрен выше, – только порогов переключения, соответственно, в два раза больше. Наконец, модуляционная горелка дает возможность постоянного пропорционального регулирования температуры подачи, когда величина мощности горелки линейно зависит от величины рассогласования температуры. Однако такое регулирование возможно не всегда, поскольку у многих модуляционных горелок мощность плавно изменяется не от нуля, а от 30–40 % максимального значения. Если же теплопотребление в контуре отопления ниже этой границы, то мы снова сталкиваемся с пороговым регулированием. До сих пор мы имели в виду, что температура подачи задается вручную потенциометром на панели управления котла и автоматически поддерживается его системой управления. Однако назначение системы отопления – поддержание комфортной температуры в помещении, и логично было бы, чтобы именно эта температура являлась регулируемой величиной. Устройство, поддерживающее заданную температуру в помещении, – комнатный термостат – чаще всего привязано к самому помещению и в основной комплект поставки котла не входит. Однако поскольку регулирование происходит через управление работой котла, будем считать комнатный термостат также элементом котловой автоматики. Управление работой котла с целью поддержания заданной температуры в помещении может быть осуществляться одним из двух видов регулирования: двухпозиционным (включить–выключить) или непрерывным. В первом случае алгоритм управления такой же, как и для котла с одноступенчатой горелкой. Однако, по сравнению с температурой котловой воды, температура в помещении при включении–выключении котла изменяется значительно медленнее, что может приводить к ее большим выбегам за пороговые значения. Поэтому двухпозиционное регулирование не рекомендуется обычно для систем отопления с котлами высокой (более 25–30 кВт) мощности. Во избежание таких выбегов в автоматике Kromschröder, например, на сервисном уровне может быть задан временной интервал запаздывания включения 2-й ступени, и таким образом, 2-я ступень включается не сразу по достижении порога θвкл.2 , а по прошествии заданного времени. Это дает дополнительную возможность настройки регулятора температуры под характеристики конкретной системы отопления. При непрерывном регулировании управляющим воздействием служит температура подачи, изменяемая в зависимости от отклонения температуры в помещении от заданного значения. Заданное значение температуры в помещении – это температура, комфортная для пользователя, и она не всегда одинакова – скажем, комфортная температура для сна под одеялом на несколько градусов ниже, чем для утренних или вечерних часов, а днем помещение может пустовать, и поддерживать в нем высокую температуру также не имеет смысла. Само собой напрашивается функция задания и выполнения суточного графика температуры в помещении. Суточное программирование температуры часто возможно для разных – будних или выходных – дней недели, а также для особых случаев, таких как вечеринка или отпуск. Действительное значение температуры измеряется датчиком, расположенным в одном из помещений дома, которое является эталонным и определяет режим отопления во всех остальных помещениях дома. Однако чем больше остальных помещений, тем менее выполнимой становится задача комфортного отопления путем увязки их в единый отопительный контур, управляемый по температуре в эталонном помещении. Для управления же котлом, греющим воду сразу для нескольких отопительных контуров с разными характеристиками, требуется некий общий для этих контуров входной параметр. Он мог бы вычисляться на основе показаний температуры в эталонных помещениях всех контуров. Однако распространение получило более простое и эффектное решение: использовать в качестве такого параметра температуру воздуха снаружи здания. И действительно: температура подачи любого отопительного контура, необходимая для компенсации теплопотерь в помещениях, связана с температурой наружного воздуха хорошо известными соотношениями, которые в графическом представлении обычно называются отопительными графиками или отопительными кривыми. Остается только заложить эти соотношения для каждого конкретного контура в алгоритм работы системы управления котельной. В автоматике большинства производителей для этого необходимо выбрать одну из предлагаемых на выбор отопительных кривых, но есть и другие подходы: например, наладчику системы управления Buderus достаточно задать две точки, по которым автоматика вычисляет всю кривую. Может ли система, управляющая котлом и отопительными контурами по внешней температуре, реагировать на непредвиденные изменения теплового баланса в отапливаемых помещениях, например, из-за открытой форточки, или зажженного камина? В большинстве случаев такая возможность заложена в виде автоматической корректировки (чаще всего – параллельного переноса) отопительной кривой соответствующего контура на основе показаний датчика комнатной температуры. Более того, идя навстречу запросам дотошных пользователей, желающих принимать более активное участие в управлении климатом в доме, многие производители предлагают дополнительно к погодозависимой автоматике еще и комнатный терморегулятор. Заметим только, что при этом всегда есть риск, повышая комфорт в эталонном помещении, снизить его в других комнатах, завязанных на тот же контур отопления. Кроме того, в эталонном помещении нельзя применять терморегуляторы на отопительных приборах, поскольку они представляют собой независимые системы управления с теми же входными и выходными параметрами, что и у котельной автоматики. К чему все эти сложности? Чем погодозависимое управление лучше элементарной схемы, рассмотренной нами в самом начале – котел «на постоянке» плюс терморегуляторы на всех отопительных приборах? Сторонники погодозависимой автоматики обычно ссылаются на то, что основную часть отопительного сезона потребность в тепле намного меньше расчетной, поэтому постоянно греть теплоноситель до максимальной температуры – напрасная трата денег. Но ведь денег стоит не температура, а произведенное тепло, и если в двух случаях потребляется одинаковое количество тепла, то, может, и производится одинаковое его количество? К сожалению, нет, поскольку кроме потребления тепла всегда есть еще и его потери, которые тем больше, чем выше температура теплоносителя. Кроме того, КПД котла уменьшается с ростом средней температуры котловой воды. Вот из этих процентов и складывается экономический аргумент в пользу погодозависимой автоматики. Впрочем, при наших внутренних ценах на энергоносители этот аргумент легко бьется аргументом значительно более высокой цены самой автоматики. Рассмотрим также некоторые функции котловой автоматики, назначение которых – не создавать комфорт, а обеспечивать как можно более долгую безаварийную работу оборудования. Кроме уже описанных способов предотвращения слишком частых пусков горелки, к этой группе функций можно отнести поддержание минимальной температуры котловой воды. Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ реализации этой функции – так называемая логика насоса, согласно которой при включенной горелке циркуляционный насос котлового контура останавливается всякий раз, когда температура воды в котле оказывается ниже допустимого порога и не запускается до тех пор, пока этот порог не превзойден. Но не только о котле может заботиться котловая автоматика. Так, некоторые системы управления снабжены функцией предотвращения блокировки насосов и трехходовых клапанов: раз в сутки (пример – котлы Vaillant) или в неделю (Buderus) все насосы в системе включаются на короткое время, и все трехходовые клапаны также на короткое время полностью открываются, после чего возвращаются в состояние, предшествовавшее этой процедуре. При чтении документации фирм-изготовителей создается впечатление, что разработчики систем управления котлов действуют по принципу: «больше функций – хороших и разных!». Правда, часто оказывается, что под разными названиями кроются одни и те же функции, отличия – только в деталях.

Материал подготовлен техническими специалистами интернет-магазинаTermoShop.ru

termoshop.ru

Гистерезис

Гистерезис в общем понятии (от греческого – отстающий) — это свойство определенных физических, биологических и иных систем, которые реагируют на соответствующие воздействия с учетом текущего состояния, а также предыстории.

Гистерезис характерен т.н. «насыщением», и различными траекториями соответствующих графиков, отмечающих состояние системы в данный момент времени. Последние, в итоге, имеют форму остроугольной петли.

Если же рассматривать конкретно электротехнику, то каждый электромагнитный сердечник после окончания воздействия электрического тока в течение некоторого времени сохраняет собственное магнитное поле, называемое остаточным магнетизмом.

Его величина зависит, прежде всего, от свойств материала: у закаленной стали она существенно выше, чем у мягкого железа.

Но, в любом случае, явление остаточного магнетизма всегда присутствует при перемагничивании сердечника, когда необходимо размагнитить его до нуля, а затем изменить полюс на противоположный.

Любое изменение направления тока в обмотке электромагнита предусматривает (из-за наличия вышеуказанных свойств материала) предварительное размагничивание сердечника. Только после этого он может поменять свою полярность — это известный закон физики.

Для перемагничивания в обратном направлении необходим соответствующий магнитный поток.

Другими словами: изменение магнитной индукции сердечника не «поспевает» за соответствующими изменениями магнитного потока, которое оперативно создает обмотка.

Вот эта временная задержка намагничивания сердечника от изменений магнитных потоков и получило название в электротехнике как гистерезис.

Каждое перемагничивание сердечника предусматривает избавление от остаточного магнетизма путем воздействия противонаправленным магнитным потоком. На практике это приводит к определенным потерям электроэнергии, которые тратятся на преодоление «неправильной» ориентации молекулярных магнитиков.

Последние проявляются в виде выделения тепла, и представляют так называемые затраты на гистерезис.

Таким образом, стальные сердечники, например, статоров или якорей электродвигателей или генераторов, а также силовых трансформаторов, должны иметь по возможности наименьшую корреляционную силу. Это позволит снизить гистерезисные потери, повысив в итоге КПД соответствующего электрического агрегата или прибора.

Сам процесс намагничивания определяется соответствующим графиком – так называемой петлей гистерезиса. Она представляет замкнутую кривую, отображающую зависимость скорости намагничивания от изменения динамики напряженности внешнего поля.

Большая площадь петли подразумевает, соответственно, и большие затраты на перемагничивание.

Также практически во всех электронных приборах наблюдается и такое явление, как тепловой гистерезис – невозвращение после прогрева аппаратуры к изначальному состоянию.

В электротехнике и электронике явление гистерезиса используется в различных магнитных носителях информации (например, триггерах Шмидта), или в специальных гистерезисных электродвигателях.

Широкое распространение этот физический эффект нашел также в различных устройствах, предназначенных для подавления различных шумов (дребезг контактов, быстрые колебания и т. п.) в процессе переключения логических схем.

pue8.ru

• 
  Твердотопливный котел установка своими руками
• 
  Объем воды в котле отопления
• 
  Газовые котлы в уфе лемакс
• 
  Принцип работы электродный котел галан
• 
  Перенастройка котла на сжиженный газ
• 
  Цена котла бакси экофор 24
• 
  Как правильно настроить газовый котел
• 
  Уголь для печей и котлов
• 
  Схема циркуляции воды в котле
• 
  Труба коаксиальная для котла навьен
• 
  Котел на сжиженном газе двухконтурный