Hysteres

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 juni 2022; kontroller kräver 4 redigeringar .

Hysteres ( grekiska ὑστέρησις - eftersläpning, fördröjning) är en egenskap hos system ( fysiska , biologiska, etc.), vars omedelbara svar på den påverkan som appliceras på dem beror bland annat på deras nuvarande tillstånd och beteendet hos system över ett tidsintervall bestäms till stor del av dess bakgrund. Hysteres kännetecknas av fenomenet "mättnad", såväl som de ojämna banorna mellan de extrema tillstånden (därav närvaron av en spetsvinklad slinga på graferna). Detta begrepp bör inte förväxlas med trögheten i systemens beteende, vilket anger systemets monotona motstånd mot en förändring i dess tillstånd.

I fysik

Av störst intresse är magnetisk hysteres, ferroelektrisk hysteres och elastisk hysteres.

Magnetisk hysteres

Magnetisk hysteres är ett fenomen av beroendet av magnetiseringsvektorn M och den magnetiska induktionsvektorn B i ett ämne, inte bara på styrkan H hos det applicerade yttre fältet, utan också på förhistorien för det givna provet. Magnetisk hysteres manifesterar sig vanligtvis i ferromagneter - Fe , Co , Ni och legeringar baserade på dem. Magnetisk hysteres förklarar existensen av permanentmagneter .

Beroende M ( H ) och B ( H ) har formen av en slinga, vars vertikala svängning beror på bredden av intervallet av förändringar i fältstyrkan H . Vid mättas värdet på M , och därför går kurvan M ( H ) till horisontalen och B ( H ) - till den lutande (const + ) sektionen. Eftersom det vanligtvis är const , lutar kurvan B ( H ) vid hög | h | visar sig vara liten och vi kan införa en ”mättnadsinduktion” B R , även om tillväxten strängt taget fortsätter. $H\to \pm \infty$ $\mu _{0}H$ $\gg \mu _{0}H$

Fenomenet magnetisk hysteres uppstår inte bara när fältet H ändras i storlek och tecken, utan också när det roterar (magnetisk rotationshysteres), vilket motsvarar en fördröjning (fördröjning) i att ändra riktningen på M med en förändring i riktningen av H. Den magnetiska rotationshysteresen uppstår också när provet roteras i förhållande till en fast riktning H .

Teorin om hysteresfenomenet tar hänsyn till provets specifika magnetiska domänstruktur och dess förändringar under magnetisering och magnetiseringsomkastning. Dessa förändringar beror på förskjutningen av domänväggar och tillväxten av vissa domäner på bekostnad av andra, såväl som utvecklingen av magnetiseringsvektorn i domäner under inverkan av ett externt magnetfält. Allt som försenar dessa processer och främjar magneternas inträde i metastabila tillstånd kan orsaka magnetisk hysteres.

I ferromagnetiska partiklar med en domän (i partiklar av små storlekar, där bildningen av domäner är energimässigt ogynnsam), kan endast rotationsprocesser M förekomma . Dessa processer hindras av magnetisk anisotropi av olika ursprung (anisotropin av själva kristallen, anisotropin av partikelformen och anisotropin av elastiska spänningar). På grund av anisotropin verkar M hållas av något internt fält (det effektiva fältet för magnetisk anisotropi ) längs en av de lätta magnetiseringsaxlarna som motsvarar energiminimum. Magnetisk hysteres uppstår på grund av det faktum att två riktningar M (längs och motsatt) av denna axel i ett magnetiskt enaxligt prov eller flera ekvivalenta (i energi) M- riktningar i ett magnetiskt enaxligt prov motsvarar tillstånd separerade från varandra av en potentialbarriär ( proportionell mot ). När endomänpartiklar ommagnetiseras roterar vektorn M i riktning mot H genom en serie på varandra följande irreversibla hopp . Sådana rotationer kan ske både homogent och inhomogent i volym. Med likformig rotation är M tvångskraften . Mer universell är mekanismen för inhomogen rotation M . Det har dock störst inflytande på fallet när partikelformens anisotropi spelar huvudrollen. I detta fall kan det effektiva formfältet anisotropi vara väsentligt mindre. $HA}$ $HA}$ $H_{c}\approx H_{A}$ $H_{c}$ $H_{c}$

Ferroelektrisk hysteres

Ferroelektrisk hysteres är ett tvetydigt loopliknande beroende av polariseringen av ferroelektrik på ett externt elektriskt fält under dess cykliska förändring. Ferroelektriska kristaller har spontan (spontan, det vill säga uppstår i frånvaro av ett externt elektriskt fält) elektrisk polarisering i ett visst temperaturområde . Polarisationsriktningen kan ändras av ett elektriskt fält. I det här fallet är beroendet ( ) i den polära fasen tvetydigt, värdet vid givet beror på förhistorien, det vill säga på vad det elektriska fältet var vid de tidigare ögonblicken. Huvudparametrarna för den ferroelektriska hysteresen är: $P$ $E$ $P_c$ $P$ $E$ $P$ $E$

återstående polarisation av kristallen , vid ${\displaystyle P_{r))$ $E=0$
fältvärde (tvångsfält) vid vilket repolarisering sker ${\displaystyle E_{Kt))$

Elastisk hysteres

I elasticitetsteorin observeras fenomenet hysteres i beteendet hos elastiska material, som under påverkan av höga tryck kan behålla deformationen och förlora den under påverkan av mottryck (till exempel dra ut en komprimerad stång). På många sätt är det detta fenomen som förklarar anisotropin hos de mekaniska egenskaperna hos smidda produkter, såväl som deras höga mekaniska egenskaper.

Det finns två typer av elastisk hysteres - dynamisk och statisk.

Dynamisk hysteres observeras vid cykliskt föränderliga spänningar, vars maximala amplitud är betydligt under den elastiska gränsen. Anledningen till denna typ av hysteres är oelasticitet eller viskoelasticitet . Med oelasticitet finns det, förutom rent elastisk deformation (motsvarande Hookes lag ), en komponent som helt försvinner när spänningar tas bort, men med viss fördröjning, och med viskoelasticitet försvinner inte denna komponent helt med tiden. För både oelastiskt och viskoelastiskt beteende beror inte kvantiteten — energin av elastisk deformation — på deformationsamplituden och ändras med frekvensen av belastningsändringen. Dynamisk hysteres uppstår också som ett resultat av termoelasticitet, magnetoelastiska fenomen och förändringar i positionen för punktdefekter och upplösta atomer i kroppens kristallgitter under påverkan av applicerade spänningar. $\Delta U$

Inom elektronik och elektroteknik

Inom elektronik och elektroteknik används enheter som har magnetisk hysteres - olika magnetiska lagringsmedier, eller elektrisk hysteres, till exempel en Schmitt-trigger eller en hysteresmotor .

Hysteres används för att undertrycka brus (snabba svängningar, kontaktstuds ) i ögonblicket för omkoppling av logiska signaler.

I elektroniska enheter av alla slag observeras fenomenet termisk hysteres : efter uppvärmning av enheten och dess efterföljande kylning till den initiala temperaturen, återgår dess parametrar inte till de ursprungliga värdena. På grund av den ojämna termiska expansionen av halvledarkristaller, kristallhållare, mikrokretspaket och tryckta kretskort uppstår mekaniska påfrestningar i kristallerna , som kvarstår även efter kylning. Fenomenet termisk hysteres är mest märkbart i precisionsspänningsreferenser , som används vid mätning av analog-till-digitalomvandlare . I moderna mikrokretsar är den relativa förskjutningen av referensspänningen på grund av termisk hysteres i storleksordningen 10-100 ppm [1] .

I biologi

Hysteresegenskaper är karakteristiska för däggdjursskelettmuskler.

Inom populationsekologin uppvisar predator-bytessystemet hysteres och/eller eftersläpning i rovdjurets numeriska svar (se populationsvågor ).

Inom markvetenskap och geologi

Den huvudsakliga hydrofysiska egenskapen hos jorden har hysteres.

Av praktiskt intresse är också fördröjningen av förändringar i marktemperaturen på olika djup från fluktuationer i lufttemperaturen. På hösten och början av vintern, när lufttemperaturen sjunker under noll, finns fortfarande den värme som jorden samlat under den varma årstiden kvar i jorden. Detta skapar gynnsamma förutsättningar för användning av bergvärmepumpar för uppvärmning.

I hydrologi

Beroende Q=f(H) - förhållandet mellan flödeshastigheter och vattennivåer i floder - har en slingliknande form.

I ekonomi

Vissa ekonomier visar tecken på hysteres: till exempel kan det krävas en betydande ansträngning för att börja exportera inom en bransch, men liten ansträngning för att hålla den på en konstant nivå.

I spelteorin manifesteras hystereseffekten i det faktum att små skillnader i en eller flera parametrar för två system i motsatta stabila jämvikter, till exempel "bra" - tillit, ärlighet och hög välfärd ; och "dåligt" - stöld, misstro, korruption och fattigdom. Trots små initiala skillnader kräver system enorma ansträngningar för att flytta från en jämvikt till en annan.

Hystereseffekten är tillståndet av arbetslöshet. Efter att ha nått en tillräckligt hög nivå kan den i viss mån reproducera sig själv och stanna kvar på den. De ekonomiska orsakerna till hysteres (långsiktig oflexibilitet på arbetsmarknaden) är tvetydiga. Vissa institutionella faktorer leder till hysteres. Till exempel kan socialförsäkringar, särskilt arbetslöshetsförsäkringar, minska företagens efterfrågan på arbetskraft i den formella ekonomin genom skattesystemet.

Arbetslöshet kan leda till förlust av humankapital och till "taggning" av dem som förblir arbetslösa under lång tid. Fackföreningar kan förhandla för att upprätthålla välfärden för sina nuvarande medlemmar och ignorera intressen hos utomstående som befinner sig arbetslösa. Fasta kostnader förknippade med att byta positioner, jobb eller branscher kan också leda till hysteres.

Slutligen kan det finnas svårigheter att skilja mellan verkliga och skenbara fenomen av hysteres, när systemets slutliga tillstånd bestäms av dess nuvarande dynamik eller dess initiala tillstånd. I det första fallet återspeglar hysteresen vår okunnighet: genom att lägga till de saknade variablerna och informationen kan vi mer fullständigt beskriva utvecklingen av systemet som studeras. En annan tolkning av fenomenet hysteres är den enkla existensen av flera jämviktstillstånd, när osynliga influenser flyttar ekonomin från ett jämviktstillstånd till ett annat.

I sociologi

Bildandet och förvaltningen av den allmänna opinionen sker aldrig omedelbart. Det finns alltid en viss fördröjning. Detta beror på ett helt eller delvis förkastande av stereotypt traditionellt tänkande och behovet av att i vissa fall "ducka" för att övertyga och följa nya åsikter som bildas av vissa ämnen. Staten, partier, offentliga organisationer, deras ledare, ledare och chefer på olika nivåer etc. kan fungera som subjekt för opinionsbildning och dess ledning.

I karaktären av opinionsbildning är det viktigt att ta hänsyn till två väsentliga omständigheter [2] .

En av dem indikerar förhållandet mellan de ansträngningar som görs av föremålet för påverkan och det uppnådda resultatet. Nivån på utbildnings- och propagandaarbete som försökspersonen spenderar kan korreleras med nivån av "magnetisering" (graden av engagemang i en ny idé) hos den allmänna opinionens föremålsbärare, en social grupp, ett kollektiv, en social gemenskap eller samhället som helhet; i detta fall kan en viss fördröjning av objektet från motivet upptäckas. Övertalning, inklusive de med förmodade destruktiva konsekvenser, är inte alltid framgångsrika. Det beror på ens egna moraliska värderingar, seder, traditioner, karaktären av tidigare uppfostran, på de etiska normer som dominerar i samhället osv.

Den andra omständigheten är relaterad till det faktum att ett nytt skede i opinionsbildningen kan korreleras med objektets historia, dess erfarenhet, dess bedömning av dem som tidigare agerat som föremål för opinionsbildning. Samtidigt kan man konstatera att "referenspunkten" för tidpunkten för opinionsbildning är förskjuten i förhållande till den föregående, vilket är ett kännetecken för själva systemet och dess nuvarande tillstånd.

Inom filosofi

Gilles Deleuze använder begreppet hysteres för att karakterisera Leibniz monadologi .

Matematiska modeller för hysteres

Framväxten av matematiska modeller av hysteresfenomen berodde på en ganska rik uppsättning tillämpade problem (främst i teorin om automatisk kontroll), där hysteresbärare inte kan betraktas isolerat, eftersom de var en del av ett visst system. På 1960-talet började ett seminarium ledd av M. A. Krasnoselsky att arbeta vid Voronezh University , där en rigorös matematisk teori om hysteres skapades [3] .

Senare, 1983, kom en monografi av M. A. Krasnoselsky och A. V. Pokrovsky [4] , där olika hysteresfenomen formellt beskrevs inom ramen för systemteorin: hysteresomvandlare behandlades som operatorer som beror på deras initiala tillstånd som en parameter, definierad på ett tillräckligt rikt funktionsutrymme (till exempel i utrymmet för kontinuerliga funktioner), som verkar på något funktionsutrymme.

Anteckningar

↑ Harrison, L. Strömkällor och spänningsreferenser. - Newnes, 2005. - 569 sid. — (Elektronik & El). — ISBN 9780750677523 . , sid. 335
↑ Gorshkov M. K. Allmän opinion. Handledning. - M. : Politizdat, 1989. - 384 sid.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Systems with hysteresis. — M.: Nauka, 1983.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Systems with hysteresis. — M.: Nauka, 1983. — 271 sid.

Litteratur

V. A. Kostitsyn, "Experience in the matematical theory of hysteresis", Matem. Sat., 32:1 (1924), 192-202.
Raddai Raikhlin. Inbördeskrig, terror och bandit. Systematisering av sociologi och social dynamik . Arkiverad 18 februari 2013 på Wayback Machine Crowd Control Section
Kapustin VS Introduktion till teorin om social självorganisering . Ämne 11. Fenomenet hysteres i bildandet av nationella former och metoder för självorganisering. Moderna paradoxer och mysterier i "början"

Länkar

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 4132813-9 J9U : 987007535994605171 LCCN : sh85063849 LNB : 000310307 NKC : ph134814