Hystereesi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. kesäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Hystereesi ( kreikaksi ὑστέρησις - viive, viive) on järjestelmien ( fyysinen , biologinen jne.) ominaisuus, jonka välitön vaste niihin kohdistuvaan vaikutukseen riippuu muun muassa niiden nykyisestä tilasta ja järjestelmän käyttäytymisestä. järjestelmä tietyllä aikavälillä määräytyy suurelta osin sen taustan perusteella. Hystereesille on ominaista "kylläisyyden" ilmiö sekä ääritilojen väliset epätasaiset liikeradat (siis kaavioissa on teräväkulmainen silmukka). Tätä käsitettä ei pidä sekoittaa järjestelmien käyttäytymisen inertiaan , joka ilmaisee järjestelmän monotonista vastustusta tilan muutokselle.

Fysiikassa

Kiinnostavinta ovat magneettinen hystereesi, ferrosähköinen hystereesi ja elastinen hystereesi.

Magneettinen hystereesi

Magneettinen hystereesi on ilmiö aineessa olevan magnetointivektorin M ja magneettisen induktiovektorin B riippuvuudesta paitsi käytetyn ulkoisen kentän voimakkuudesta H , myös tietyn näytteen esihistoriasta. Magneettinen hystereesi ilmenee yleensä ferromagneeteissa - Fe , Co , Ni ja niihin perustuvissa seoksissa. Magneettinen hystereesi selittää kestomagneettien olemassaolon .

Riippuvuudet M ( H ) ja B ( H ) ovat silmukan muotoisia, joiden pystysuuntainen heilahdus riippuu kentänvoimakkuuden H muutosalueen leveydestä . Kohdassa , M :n arvo kyllästyy, ja siksi käyrä M ( H ) menee vaakasuoraan ja B ( H ) - kaltevaan (const + ) -osuuteen. Koska se on yleensä const , käyrän B ( H ) kaltevuus korkealla | h | osoittautuu pieneksi ja voimme ottaa käyttöön "kyllästysinduktion" B R , vaikka tarkalleen ottaen kasvu jatkuu. $H\to \pm \infty$ $\mu _{0}H$ $\gg \mu _{0}H$

Magneettisen hystereesin ilmiötä ei esiinny vain silloin, kun kentän H muuttuu suuruusluokkaa ja etumerkkiä, vaan myös sen pyöriessä (magneettinen rotaatiohystereesi), mikä vastaa viivettä (viivettä) M :n suunnan muuttamisessa kentän suunnan muutoksella . H. Magneettinen rotaatiohystereesi syntyy myös, kun näytettä pyöritetään suhteessa kiinteään suuntaan H.

Hystereesiilmiön teoriassa huomioidaan näytteen spesifinen magneettialueen rakenne ja sen muutokset magnetoinnin ja magnetoinnin käänteisyyden aikana. Nämä muutokset johtuvat alueen seinämien siirtymisestä ja joidenkin domeenien kasvusta toisten kustannuksella sekä magnetointivektorin avautumisesta domeeneissa ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta. Kaikki, mikä hidastaa näitä prosesseja ja edistää magneettien pääsyä metastabiileihin tiloihin, voi aiheuttaa magneettista hystereesiä.

Yksidomeeniisissa ferromagneettisissa hiukkasissa (pienkokoisissa hiukkasissa, joissa domeenien muodostuminen on energeettisesti epäedullista) voi tapahtua vain pyörimisprosesseja M . Näitä prosesseja estää eri alkuperää oleva magneettinen anisotropia (itsen kiteen anisotropia, hiukkasten muodon anisotropia ja elastisten jännitysten anisotropia). Anisotropiasta johtuen M näyttää olevan jonkin sisäisen kentän ( magneettisen anisotropian tehollinen kenttä ) pitelemässä yhtä energiaminimiä vastaavasta helposta magnetointiakselista. Magneettinen hystereesi johtuu siitä, että tämän akselin kaksi suuntaa M (mittainen ja vastakkainen) magneettisesti yksiaksiaalisessa näytteessä tai useat vastaavat (energiassa) M -suunnat magneettisesti yksiaksiaalisessa näytteessä vastaavat tiloja, jotka on erotettu toisistaan potentiaaliesteellä ( verrannollinen ). Kun yhden alueen hiukkaset uudelleenmagnetoidaan, vektori M pyörii H :n suuntaan sarjalla peräkkäisiä palautumattomia hyppyjä . Tällaiset pyöritykset voivat tapahtua tilavuudeltaan sekä homogeenisesti että epähomogeenisesti. Tasaisella kierrolla M on pakkovoima . Universaalimpi on epähomogeenisen kiertoliikkeen M mekanismi . Sillä on kuitenkin suurin vaikutus tapaukseen, jossa hiukkasen muodon anisotropia on pääroolissa. Tässä tapauksessa tehokas muoto-anisotropiakenttä voi olla huomattavasti pienempi. $H_{A}$ $H_{A}$ $H_{c}\noin H_{A}$ $H_{c}$ $H_{c}$

Ferrosähköinen hystereesi

Ferrosähköinen hystereesi on moniselitteinen silmukkamainen riippuvuus ferrosähköisten aineiden polarisaatiosta ulkoisesta sähkökentästä sen syklisen muutoksen aikana. Ferrosähköisillä kiteillä on spontaani (spontaani, eli ulkoisen sähkökentän puuttuessa syntyvä) sähköinen polarisaatio tietyllä lämpötila-alueella . Polarisaatiosuuntaa voidaan muuttaa sähkökentän avulla. Tässä tapauksessa riippuvuus ( ) napavaiheessa on moniselitteinen, annettu arvo riippuu esihistoriasta eli siitä, mikä sähkökenttä oli aikaisemmilla hetkillä. Ferrosähköisen hystereesin pääparametrit ovat: $P$ $E$ $P_c$ $P$ $E$ $P$ $E$

kiteen jäännöspolarisaatio , at ${\displaystyle P_{r))$ $E=0$
kentän arvo (pakkokenttä), jossa repolarisaatio tapahtuu ${\displaystyle E_{Kt))$

Elastinen hystereesi

Elastisuusteoriassa hystereesi-ilmiö havaitaan elastisten materiaalien käyttäytymisessä , jotka pystyvät korkeiden paineiden vaikutuksesta säilyttämään muodonmuutoksen ja menettämään sen vastapaineen vaikutuksesta (esim. puristettu sauva). Tämä ilmiö selittää monella tapaa taottujen tuotteiden mekaanisten ominaisuuksien anisotropian sekä niiden korkeat mekaaniset ominaisuudet.

Elastista hystereesiä on kahta tyyppiä - dynaaminen ja staattinen.

Dynaaminen hystereesi havaitaan syklisesti muuttuvissa jännityksissä, joiden maksimiamplitudi on merkittävästi kimmorajan alapuolella. Syynä tällaiseen hystereesiin on joustamattomuus tai viskoelastisuus . Elastisuudessa puhtaasti elastisen muodonmuutoksen (vastaa Hooken lakia ) lisäksi on komponentti, joka katoaa kokonaan, kun jännitykset poistetaan, mutta tietyllä viiveellä ja viskoelastisuudella tämä komponentti ei katoa kokonaan ajan myötä. Sekä joustamattomalla että viskoelastisella käyttäytymisellä suuruus — elastisen muodonmuutoksen energia — ei riipu muodonmuutoksen amplitudista ja muuttuu kuormituksen muutoksen taajuuden mukaan. Myös dynaamista hystereesiä esiintyy lämpöelastisuuden, magnetoelastisten ilmiöiden ja pistevikojen ja liuenneiden atomien sijainnin muutosten seurauksena kappaleen kidehilassa kohdistettujen jännitysten vaikutuksesta. $\Delta U$

Elektroniikassa ja sähkötekniikassa

Elektroniikassa ja sähkötekniikassa käytetään laitteita, joissa on magneettinen hystereesi - erilaisia magneettisia tallennusvälineitä tai sähköistä hystereesiä, esimerkiksi Schmitt-liipaisinta tai hystereesimoottoria .

Hystereesiä käytetään vaimentamaan kohinaa (nopeat värähtelyt, koskettimen pomppiminen ) logiikkasignaalien kytkentähetkellä.

Kaikenlaisissa elektronisissa laitteissa havaitaan termisen hystereesin ilmiö : laitteen lämmittämisen ja sen jälkeisen jäähdytyksen jälkeen alkulämpötilaan sen parametrit eivät palaa alkuperäisiin arvoihin. Puolijohdekiteiden, kidepitimien, mikropiiripakettien ja piirilevyjen epätasaisesta lämpölaajenemisesta johtuen kiteissä syntyy mekaanisia jännityksiä , jotka jatkuvat jäähtymisen jälkeenkin. Lämpöhystereesin ilmiö on havaittavin tarkoissa jännitereferensseissä , joita käytetään analogia-digitaalimuuntimien mittauksessa . Nykyaikaisissa mikropiireissä lämpöhystereesin aiheuttama vertailujännitteen suhteellinen siirtymä on luokkaa 10-100 ppm [1] .

Biologiassa

Hystereesiominaisuudet ovat ominaisia nisäkkäiden luustolihaksille.

Populaatioekologiassa peto-saalisjärjestelmä osoittaa hystereesiä ja/tai viivettä petoeläimen numeerisessa vasteessa (katso populaatioaallot ).

Maaperätieteessä ja geologiassa

Maaperän tärkein hydrofysikaalinen ominaisuus on hystereesi.

Käytännön kiinnostava on myös viivästyminen maaperän lämpötilan muutoksissa eri syvyyksillä ilman lämpötilan vaihteluista. Syksyllä ja alkutalvella, kun ilman lämpötila laskee alle nollan, maaperään jää lämpimän vuoden aikana kerääntynyt lämpö vielä maaperään. Tämä luo suotuisat olosuhteet maalämpöpumppujen käytölle lämmitykseen.

Hydrologiassa

Riippuvuus Q=f(H) - virtausnopeuksien ja jokien vedenkorkeuden välinen suhde - on muodoltaan silmukkamainen.

Taloustieteessä

Joissakin talouksissa näkyy hystereesin merkkejä: esimerkiksi viennin aloittaminen tietyllä toimialalla saattaa vaatia paljon vaivaa, mutta sen säilyttäminen ennallaan.

Peliteoriassa hystereesivaikutus ilmenee siinä , että pienet erot yhdessä tai useammassa parametrissa tuovat kaksi järjestelmää vastakkaiseen vakaaseen tasapainoon, esimerkiksi "hyvä" - luottamus, rehellisyys ja korkea hyvinvointi ; ja "paha" - varkaus, epäluottamus, korruptio ja köyhyys. Pienistä alkueroista huolimatta järjestelmät vaativat valtavia ponnisteluja siirtyäkseen tasapainotilasta toiseen.

Hystereesivaikutus on työttömyystila. Riittävän korkean tason saavutettuaan se voi jossain määrin lisääntyä ja pysyä siinä. Taloudelliset syyt hystereesiin (työmarkkinoiden pitkäaikainen joustamattomuus) ovat epäselviä. Jotkut institutionaaliset tekijät johtavat hystereesiin. Esimerkiksi sosiaalivakuutus, erityisesti työttömyysvakuutus, voi vähentää yritysten työvoiman kysyntää virallisessa taloudessa verojärjestelmän kautta.

Työttömyys voi johtaa inhimillisen pääoman menettämiseen ja pitkäksi aikaa työttömiksi jääneiden "leimaamiseen". Ammattiliitot voivat neuvotella ylläpitääkseen nykyisten jäsentensä hyvinvointia jättäen huomiotta työttömiksi joutuneiden ulkopuolisten edut. Asemien, työpaikkojen tai toimialojen vaihtamiseen liittyvät kiinteät kustannukset voivat myös johtaa hystereesiin.

Lopuksi voi olla vaikeuksia erottaa toisistaan todelliset ja näennäiset hystereesi-ilmiöt, kun järjestelmän lopullinen tila määräytyy sen nykyisen dynamiikan tai sen alkutilan perusteella. Ensimmäisessä tapauksessa hystereesi heijastaa tietämättömyyttämme: lisäämällä puuttuvat muuttujat ja tiedot voimme kuvata täydellisemmin tutkittavan järjestelmän kehitystä. Toinen tulkinta hystereesi-ilmiöstä on pelkkä useiden tasapainotilojen olemassaolo, kun näkymätön vaikutus siirtää taloutta tasapainotilasta toiseen.

Sosiologiassa

Yleisen mielipiteen muodostuminen ja hallinta ei koskaan tapahdu hetkessä. Aina on jonkin verran viivettä. Tämä johtuu stereotyyppisen perinteisen ajattelun täydellisestä tai osittaisesta hylkäämisestä ja tarpeesta "alistua" tietyissä tapauksissa tiettyjen subjektien muodostamien uusien näkemysten taivuttelemiseen ja seuraamiseen. Valtio, puolueet, julkiset järjestöt, niiden johtajat, eri tasojen johtajat ja johtajat jne. voivat toimia yleisen mielipiteen muodostumisen ja sen hallinnan subjekteina.

Yleisen mielipiteen muodostumisen luonteen vuoksi on tärkeää ottaa huomioon kaksi merkittävää seikkaa [2] .

Yksi niistä osoittaa vaikutuksen kohteen tekemien ponnistelujen ja saavutetun tuloksen välisen suhteen. Tutkittavan koulutus- ja propagandatyön taso voidaan korreloida yleisen mielipiteen objektikantajan, sosiaalisen ryhmän, kollektiivin, sosiaalisen yhteisön "magnetisoitumisen" tasoon (osallistuminen uuteen ideaan). tai koko yhteiskunta; tässä tapauksessa voidaan havaita jonkin verran kohteen viivettä kohteesta. Taivuttelu, mukaan lukien ne, joilla oletetaan olevan tuhoisia seurauksia, ei aina onnistu. Se riippuu omista moraalisista arvoista, tavoista, perinteistä, aiemman kasvatuksen luonteesta, yhteiskunnassa vallitsevista eettisistä normeista jne.

Toinen seikka liittyy siihen, että uusi vaihe yleisen mielipiteen muodostumisessa voidaan korreloida esineen historian, sen kokemuksen, sen arvioinnin kanssa niiltä, jotka aiemmin toimivat yleisen mielipiteen muodostumisen kohteena. Samalla voidaan havaita, että yleisen mielipiteen muodostumisajan "vertailupiste" on siirtynyt edelliseen verrattuna, mikä on ominaista systeemille itselleen ja sen nykyiselle tilalle.

Filosofiassa

Gilles Deleuze käyttää hystereesin käsitettä luonnehtiessaan Leibnizin monadologiaa .

Hystereesin matemaattiset mallit

Hystereesi-ilmiöiden matemaattisten mallien syntyminen johtui melko runsaasta sovellettujen ongelmien joukosta (ensisijaisesti automaattisen ohjauksen teoriassa), joissa hystereesin kantajia ei voida tarkastella erillään, koska ne olivat osa tiettyä järjestelmää. 1960-luvulla Voronežin yliopistossa alkoi toimia M. A. Krasnoselskin johtama seminaari , jossa luotiin tiukka matemaattinen hystereesiteoria [3] .

Myöhemmin, vuonna 1983, ilmestyi M. A. Krasnoselskyn ja A. V. Pokrovskyn monografia [4] , jossa erilaisia hystereesiilmiöitä kuvattiin muodollisesti systeemiteorian puitteissa: hystereesimuuntimia käsiteltiin operaattoreina, jotka riippuvat niiden alkutilasta parametrina, määriteltynä. riittävän rikkaalla funktioalueella (esimerkiksi jatkuvien funktioiden avaruudessa), joka vaikuttaa johonkin funktiotilaan.

Muistiinpanot

↑ Harrison, L. Virtalähteet ja jänniteviitteet. - Newnes, 2005. - 569 s. — (Elektroniikka ja sähkö). — ISBN 9780750677523 . , s. 335
↑ Gorshkov M. K. Yleinen mielipide. Opastus. - M .: Politizdat, 1989. - 384 s.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Hystereesijärjestelmät. - M.: Nauka, 1983.
↑ Krasnoselsky M. A., Pokrovsky A. V. Hystereesijärjestelmät. - M.: Nauka, 1983. - 271 s.

Kirjallisuus

V. A. Kostitsyn, "Kokemus hystereesin matemaattisessa teoriassa", Matem. Sat., 32:1 (1924), 192-202.
Raddai Raikhlin. Sisällissota, terrori ja rosvollisuus. Sosiologian ja sosiaalisen dynamiikan systematisointi . Arkistoitu 18. helmikuuta 2013 Wayback Machine Crowd Control Sectioniin
Kapustin VS Johdatus sosiaalisen itseorganisaation teoriaan . Aihe 11. Hystereesin ilmiö kansallisten muotojen ja itseorganisaatiomenetelmien muodostumisessa. Nykyajan paradoksit ja "alkun" mysteerit

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Hienoa norjalaista Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4132813-9 J9U : 987007535994605171 LCCN : sh85063849 LNB : 000310307 NKC : ph134814