ГИСТЕРЕЗИС (грекше «һистерезиз – кешігу, қалып қою») – дене күйін (мысалы, магниттелуін) сипаттайтын физикалық шаманың сыртқы жағдайды (мысалы, магнит өрісін) сипаттайтын физикалық шамаларға бір мәнді емес тәуелділікте болу құбылысы. Гистерезис дененің күйі тек берілген уақыт сәтінде ғана емес, сонымен қатар бұрын өткен уақыт сәтіндегі сыртқы жағдайлармен де анықталады. Шамалардың бір мәнді емес тәуелділігі кез келген үрдістерде байқалады, себебі дене күйінің өзгеруі үшін әрқашан белгілі бір уақытты (релаксация уақытын) қажет 213 етеді және дененің «сезінуі» (реакциясы) оны тудырушы себептерден кешігеді. Осы кешігу сыртқы жағдай қаншалықты баяу өзгеретін болса, соншалықты аз болады. Бірақ та кейбір үрдістер үшін кешігу баяу өзгергенімен сыртқы жағдай кемімейді. Осындай жағдайларда шамалардың бір мәнді емес тәуелділігі гистерезистік тәуелділік, ал құбылыстың өзі гистерезис деп аталған. Гистерезис әрқилы физикалық үрдістер кезінде әртүрлі заттарда кездеседі. Магниттік гистерезистің, сегнетэлектрлік гистерезистің және серпімді гистерезистердің маңызы зор.
Магниттік гистерезис магниттік реттелген заттарда, мысалы, ферромагнетиктерде байқалады. Әдетте ферромагнетик домендерге – біртекті өз еркімен (спонтанды) магниттелу аймағына бөлінеді, бұлардың магниттелуі Js (бірлік көлемнің магниттік моменті Мs) бірдей, бірақ Js векторының бағыты әртүрлі. Сыртқы магнит өрісінің әсерімен өріс бойынша магниттелген домендердің саны және өлшемдері өзге домендер есебінен артатын болады. Одан басқа, жеке домендердің векторлары
Js өріс бойынша бұрылатын болады. Сызбада гистерезисі болатын ферромагнетик үлгінің магниттелу және магнитсіздену қисықтары (гистерезис тұзағы) кескінделген. Жеткілікті мөлшерде күшті магниттік өрісте үлгі қаныққанша магниттеледі (А нүктесі). Сонымен бірге үлгі қанығып магниттелген Мs өріс бойынша бағытталған бір доменнен құралады. Сыртқы магнит өрісінің кернеулігі Н кеміген кезде магниттік моменттің мәні (М) І қисық сызық бойынша басымдылықпен өріске қарсы бағытталған магниттік моменті бар доменнің пайда болуы және өсуі есебінен кемиді. Домендердің өсуі домен қабырғаларының қозғалысымен байланысты. Бұл қозғалыс үлгіде әрқилы ақаулардың (қосындылардың, біртексіздік, т.б.) болуынан секірісті өтеді, осының салдарынан доменнің қабырғаларында кідіртілетін болады; оны орнынан жылжыту үшін магниттік
Магниттік гистерезис болатын кездегі ферромагнетиктің магниттелу және магнитсіздену қисық сызықтары: Н – магнит өрісінің кернеулігі; М – үлгінің магниттелушілігі; Нс – коэрцитивтік өріс; Mr – қалдық магниттелушілік; Ms – қанығу магниттелушілік. Үзік-үзік сызықтармен гистерезистің шекті емес тұзағы көрсетілген. Үлгінің тұзақтың кейбір нүктелері үшін домендік құрылымы сұлба түрінде көрсетілген. Бірлік көлем үшін Ms = Js
өріс айтарлықтай күшейтіледі. Сондықтан, кернеулік Н нөлге дейін кемітілген кезде үлгіде қалдық магниттелу деп аталатын магниттелу Мr (В нүктесі) сақталатын болады. Үлгі коэрцитивті өріс Нс (С нүктесінде) аталатын қарсы бағытталған жеткілікті шамадағы күшті өрісте магнитсізденеді. Кері бағыттағы магнит өрісін әрі қарай арттырған кезде үлгі өрістің бойымен қаныққанша D нүктесі) қайтадан магниттеледі. Үлгінің (D→А) қайтадан магниттелуі ІІ қисық сызық бойынша өтеді. Сонымен, үлгінің магниттелуінің өзгерісін сипаттайтын өрістің циклдік өзгерісі кезінде қисық сызық магниттік гистерезистің тұзағын түзеді. Егер кернеулік өрісі Н қанығуға жетпейтін шекте циклдік өзгеріске ұшыратылса, онда магниттік гистерезистің шекті емес тұзағы пайда болады (ІІІ қисық сызық). Кернеулік өрістің Н амплитудасын нөлге дейін өзгерте отырып, үлгіні толықтай магнитсіздендіруге болады (O нүктесіне келу). Үлгіні магниттеу О нүктесінен бастап IV қисық сызық бойынша өтеді.
Магниттік гистерезистің түрі және тұзақтың өлшемдері Нс кернеуліктің мәні әртүрлі ферромагнетиктер үшін кең алқапта өзгеретін болады. Мысалы, таза темірде Нс = 1Э (Эрстед), магнико қорытпасында Нс = 580 Э. Магниттік гистерезистің пішініне материалды өңдеудің әсері үлкен, ақаулар саны өзгеретін болады.
Магниттік гистерезис тұзағының ауданы өрістің бір цикл кезіндегі өзгеріске шығындалатын энергияға пропорционал болады. Бұл энергия ең соңында үлгіні қоздыруға жұмсалады. Энергияның осы шығыны гистерезистік шығын деп аталған. Гистерезиске энергия шығындау қажет болмайтын жағдайда (мысалы, трансформаторлардың өзектерінде, электр машиналардың статорларында және роторларында) Нс мәні аз және тұзақ ауданы кіші магниттік-жұмсақ материалдар қолданылады. Тұрақты магниттер жасау үшін коэрцитивтік күші үлкен магниттік қатаң материалдар қолданылады.
Айнымалы магниттік өрістің жиіліктерінің артуына байланысты (уақыт бірлігіндегі қайталап магниттелу циклдерінің саны) гистерезистік шығындарға қосымша құйынды токқа және магниттік тұтқырлыққа байланысты шығындар да қосылады. Гистерезистің тұзақтарының сәйкес аудандары ұлғаяды. Осындай тұзақ кейде жоғарыда сипатталған статикалық тұзақтан өзгеше динамикалық тұзақ деп атаған.
Ферромагнетиктердің басқадай көптеген қасиеттері магниттелуге байла- нысты, мысалы, электрлік кедергі, механикалық деформация. Магниттелудің өзгерісі осы қасиеттердің өзгерістерін тудырады. Сәйкес түрде, мысалы, гальванимагниттік гистерезис, магнитострикциялық гистерезис байқалады.
Сегнетэлектрлік гистерезис – электрлік сегнетэлектриктің электрлік полярлануының (Р) электр өрісіне бір мәнді болмайтын тәуелділігі.
215
Серпімді гистерезис – серпімді дененің деформациясының уақыттық дамуының кернеулерден кешігуі, қатты денелердегі ішкі кедергілердің білінуінің бір түрі болып табылады. Серпімді гистерезистің табиғатын түсіндіру үшін релаксация теориясы, дислокациялар теориясы пайдаланылады.
Диэлектрлік гистерезис – сегнетэлектриктің диэлектрлік полярлануларының сыртқы электр өрісінің кернеулігіне бірмәнді болмайтын тәуелділігі.
Магниттік гистерезис – магнетиктің магниттелуінің сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне бірмәнді болмайтын тәуелділігі.
Серпімді гистерезис – серпімді дене деформациясының уақыт бойынша дамуының сырттан түсірілген (ықпал етуші) механикалық кернеуден кешігуі, сондай-ақ деформация мен кернеудің арасындағы тәуелділіктің бірмәнді болмауы.