Hystereseschleife: 7 wichtige Fakten, die Sie kennen sollten

Inhaltsübersicht:

• Einleitung
• Magnetische Hysterese
• Definition der Hystereseschleife
• Hysterese Bedeutung
• Eine einfache Hystereseschleife
• Hystereseschleife mit verschiedenen Parametern
• Erklärung der Hysteresekurve
• Durchlässigkeit des freien Raums
• Intensität der Magnetisierung
• Was ist magnetische Intensität?
• Was ist magnetische Suszeptibilität?
• Die Beziehung zwischen B und H.
• Remanenz und Koerzitivfeldstärke in der Hystereseschleife
• Restmagnetismus
• Zwanges

Hystereseschleife

Definition der Hystereseschleife

Die magnetische Hysterese ist ein häufiges Phänomen, wenn ein magnetisches Material magnetisiert wird und einen vollständigen Magnetisierungszyklus abschließt. Wenn die magnetische Flussdichte oder Magnetisierungsdichte (B) gegen die magnetische Intensität des Magnetisierungsfeldes (H) für einen vollständigen Magnetisierungs- und Entmagnetisierungszyklus aufgetragen wird, ist die erhaltene resultierende Schleife als Hystereseschleife bekannt. Die Kurve der Hystereseschleife kann je nach Art des Materials in Form und Größe unterschiedlich sein.

Hysterese Bedeutung

Dies ist vom griechischen Wort "Hysterein" abgeleitet, das Wort "Hysterese" wurde abgeleitet, was bedeutet, zurückzubleiben.

Hysteresekurve

Hystereseschleife mit verschiedenen Parametern

Erklärung der Hysteresekurve

• Wenn die Intensität des Magnetisierungsfeldes (H) erhöht wird, nimmt auch die magnetische Flussdichte des Materials (B) zu, wenn immer mehr Domänen in Richtung des von außen angelegten Magnetfelds ausgerichtet werden. Dieser Teil ist in der obigen Abbildung dargestellt, wie wir vom Startpunkt bis zum Punkt „a“ beobachten können.
• Wenn alle Domänen aufgrund des zunehmenden äußeren Feldes ausgerichtet sind, wird das Material magnetisch gesättigt, dh es tritt das Phänomen der Sättigung auf. Wenn darüber hinaus die magnetische Intensität (H) erhöht wird, ändert sich die magnetische Flussdichte (B) nicht. Sie bleibt dieselbe, wie wir in der Abbildung sehen können, dass B nach Erreichen des Punktes „a“ konstant wird.
• Wenn nun die magnetische Intensität (H) verringert wird, nimmt auch die magnetische Flussdichte (B) ab, bleibt jedoch hinter der magnetischen Intensität (H) zurück. Daher können wir in der Figur feststellen, dass sich die magnetische Flussdichte (B) nicht auf Null verringert, wenn die magnetische Intensität (H) am Punkt "b" Null wird. Der Wert der magnetischen Flussdichte (B) wird vom Material beibehalten, wenn die magnetische Intensität (H) gleich '0' ist und als 'Remanenz' anerkannt wird.
• Wenn ferner die Richtung des externen Magnetfelds umgekehrt wird und die Größe der magnetischen Intensität (H) erhöht wird, beginnt das Material zu entmagnetisieren. Die Beobachtung am Punkt "c", die magnetische Flussdichte (B), ergibt "0". Dieser Wert der magnetischen Intensität (H), der benötigt wird, um die magnetische Flussdichte (B) auf Null zu reduzieren, wird als "Koerzitivkraft" bezeichnet.
• Wenn nun das in umgekehrter Richtung angelegte Magnetisierungsfeld weiter erhöht wird, wird das Material wieder gesättigt, jedoch in entgegengesetzter Richtung, wie im Diagramm am Punkt "d" gezeigt.
• Wenn dieses umgekehrte Magnetisierungsfeld verringert wird, bleibt die magnetische Flussdichte (B) wieder hinter der magnetischen Intensität (H) zurück, und am Punkt "e" wird die magnetische Intensität (H) Null, aber die magnetische Flussdichte (B) verringert sich nicht auf Null .
• Wiederum wiederholt sich der Zyklus, wenn die aktuelle Magnetfeldrichtung umgekehrt wird und die magnetische Intensität (H) wieder von Null erhöht wird.

Der von der Schleife umschlossene Bereich repräsentiert den Energieverlust während eines vollständigen Zyklus der Magnetisierung und Entmagnetisierung.

Durchlässigkeit des freien Raums

Die Durchlässigkeit des freien Raums, μ_oist ein konstanter Parameter, der durch einen exakten Wert von 4π x 10 dargestellt wird^-7 H / m wird für Luft verwendet. Diese Konstante μo erscheint in Maxwells Gleichungen, die die elektrischen und magnetischen Felder zusammen mit den Eigenschaften von beschreiben und in Beziehung setzen elektromagnetisch Strahlung, d.h. es hilft, Größen wie Permeabilität, Magnetisierungsdichte, magnetische Intensität usw. in Beziehung zu setzen und zu definieren.

Die magnetische Hysterese wurde in diesem Artikel ausführlich erörtert. Darüber hinaus müssen wir nur wenige Konzepte im Zusammenhang mit der Magnetisierung wie Permeabilität, Remanenz im freien Raum und in verschiedenen Medien klären.

Intensität der Magnetisierung

Magnetisches Material in einem Magnetfeld erzeugt in diesem Material ein induziertes Dipolmoment, und dieses Moment pro Volumeneinheit wird als Intensität der Magnetisierung (I) oder Magnetisierungsdichte erkannt.

  = 

Wo   ist das nettoinduzierte Dipolmoment. Seine Einheit ist Am^-1

Was ist magnetische Intensität?

Um ein magnetisches Material zu magnetisieren, muss ein Magnetfeld angelegt werden. Das Verhältnis dieses Magnetisierungsfeldes zur Permeabilität des freien Raums ist als magnetische Intensität H bekannt.

  = 

Wo wird das externe Magnetfeld auch als magnetische Flussdichte bezeichnet.

Die Einheit der magnetischen Intensität ist Am^-1 gleich wie die der Intensität der Magnetisierung.

Was ist magnetische Suszeptibilität?

Das Verhältnis der Stärke der Magnetisierungsintensität zu der magnetischen Intensität ist als magnetische Suszeptibilität bekannt (). Die magnetische Suszeptibilität kann als die Leichtigkeit erklärt werden, mit der ein magnetisches Material magnetisiert werden kann. Daher wird ein Material mit einem höheren Wert der magnetischen Suszeptibilität leichter magnetisiert als die anderen Materialien mit einem geringeren Wert der magnetischen Suszeptibilität.

  =   wo die Symbole ihre übliche Bedeutung haben.

Die magnetische Suszeptibilität ist eine skalare Größe und ohne Dimension, daher keine Einheit.

Was ist magnetische Permeabilität?

Die magnetische Permeabilität ist das Verhältnis des Wertes des Nettomagnetfelds innerhalb eines Materials zu dem Wert der magnetischen Intensität. Hier ist das Nettomagnetfeld innerhalb des Materials eine Vektoraddition des angelegten Magnetfelds und des Magnetfelds für die Magnetisierung dieser Materie. Die magnetische Permeabilität kann einfach als Maß für das Ausmaß erklärt werden, in dem ein Magnetisierungsfeld ein bestimmtes magnetisches Material durchdringen (durchdringen) kann.

 =  

Die magnetische Permeabilität ist eine skalare Größe und ihre Einheit ist   

Ein anderer Begriff, der mit der magnetischen Permeabilität verbunden ist, ist die relative Permeabilität, die als das Verhältnis der Permeabilität eines Mediums zu der Permeabilität des freien Raums definiert werden kann.

Die Beziehung zwischen B und H.

Das gesamte Magnetfeld B, auch Flussdichte genannt, ist die Summe der Magnetfeldlinien, die innerhalb eines bestimmten Bereichs erzeugt werden. Es wird durch das Symbol B dargestellt.

Als magnetische Intensität H, die direkt proportional zum externen Magnetfeld ist, kann daher angegeben werden, dass die Magnetfeldstärke oder die magnetische Intensität H erhöht werden kann, indem entweder die Stromstärke oder die Anzahl der Windungen der Spule, in der sich der Magnet befindet, erhöht wird Material wird aufbewahrt.

Wir wissen, dass B = μH oder B = H

μ_r hat keinen konstanten Wert, sondern hängt von der Intensität des Feldes ab, daher für magnetische Materialien das Verhältnis der Flussdichte oder des gesamten Magnetfelds zur Magnetfeldstärke oder der magnetischen Intensität, die B / H bekannt ist.

Daher erhalten wir eine nichtlineare Kurve, wenn wir den Magnetfluss (B) und die Magnetintensität (H) in der X-Achse bzw. der Y-Achse darstellen. Bei Spulen ohne Material im Inneren wird der Magnetfluss jedoch nicht in einem Material induziert, sondern im Vakuum oder bei einem nichtmagnetischen Materialkern wie Holz, Kunststoff usw.

Wir können beobachten, dass die Flussdichte für die obigen Materialien, dh Eisen und Stahl, mit zunehmenden Mengen an Magnetfeldstärke konstant wird, und dies ist als Sättigung bekannt, da die magnetische Flussdichte für höhere Werte der magnetischen Intensität gesättigt ist. Wenn die magnetische Intensität gering ist und daher die angelegte Magnetkraft gering ist, werden nur wenige Atome im Material ausgerichtet. Mit zunehmender magnetischer Intensität lassen sich auch die übrigen leicht ausrichten.

Mit zunehmendem H stehen jedoch nur sehr wenige Atome in diesem Material zur Verfügung, um sich auszurichten, da immer mehr Flussmittel in derselben Querschnittsfläche des ferromagnetischen Materials überfüllt sind. Wenn wir also H erhöhen, steigt der Magnetfluss (B) nicht weiter an und wird daher gesättigt. Wie bereits erwähnt, ist das Phänomen der Sättigung auf Eisenkernelektromagnete beschränkt.

Remanenz und Koerzitivfeldstärke in der Hystereseschleife

Remanenz

Die Remanenz eines Materials ist ein Maß für die Menge des im Material verbleibenden Magnetfelds, wenn das externe Magnetisierungsfeld entfernt wird. Es kann auch als die Fähigkeit eines Materials definiert werden, einen Teil seines Magnetismus auch nach Beendigung des Magnetisierungsprozesses beizubehalten. Retentiv hängt von den Materialeigenschaften ab.

Nachdem ein magnetisches Material magnetisiert wurde, bleiben einige der Elektronen in den Atomen in Richtung der ursprünglichen Magnetisierungsfeldrichtung ausgerichtet und verhalten sich wie winzige Magnete mit ihren eigenen Dipolmomenten und kehren nicht wie die anderen zu einem völlig zufälligen Muster zurück. Aus diesem Grund verbleibt ein gewisses Maß an Magnetfeld oder allgemeinem Magnetismus in den Materialien. Ferromagnetische Materialien weisen im Vergleich zu anderen magnetisierenden Materialien eine vergleichsweise hohe Remanenz auf, wodurch sie sich perfekt für die Konstruktion von Permanentmagneten eignen.

Restmagnetismus

Der Restmagnetismus ist der Betrag der magnetischen Flussdichte, der von einem magnetischen Material zurückgehalten werden kann, und die Fähigkeit, ihn zurückzuhalten, wird als Remanenz des Materials bezeichnet.

Zwanges

Die Koerzitivkraft kann als der Betrag der Magnetisierungskraft definiert werden, der erforderlich ist, um den von einem Material zurückgehaltenen Restmagnetismus zu beseitigen.

In den weiteren Abschnitten werden wir Arten von Magneten, Permanentmagneten und Elektromagneten diskutieren, basierend auf den Eigenschaften und der Art der Materialien.

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