Bestemmelse af de magnetiske egenskaber af et materiale tildannet som en ring. Ringen er beviklet med en spole (primær) af isoleret kobbertråd. En strøm i spolen skaber en magnetisk feltstyrke H i materialet proportional med strømmen og vindingstallet. Feltstyrken forårsager en magnetisk fluxtæthed B, som kan bestemmes ud fra den inducerede strøm i en sekundær spole. Grafen B versus H for voksende og aftagende strøm i spolen er hysteresekurven.

.

Hysterese er i fysikken en betegnelse for, at et materiale eller et apparat reagerer forskelligt på en voksende og på en aftagende ydre påvirkning; anvendes bl.a. ved deformation af plastiske materialer og især om magnetiske materialers reaktion på et ydre magnetiserende felt.

Faktaboks

Etymologi
Ordet kommer fra græsk hysteresis 'det at komme senere', af hysteros 'senere'.

Magnetisk hysterese

Magnetisk hysterese forekommer i materialer, som udviser ferromagnetisme, hvor især jern og jernlegeringer, men også flere andre legeringer har stor praktisk betydning.

Hysterese karakteriseres ved, at der ikke som ved diamagnetisme og paramagnetisme er simpel proportionalitet mellem et ydre magnetisk felt H og den i materialet resulterende magnetiske fluxtæthed B. I et ferromagnetisk materiale vil en afbildning af B for varierende H vise en lukket hysteresekurve, hvis udseende ikke blot afhænger af materialets art men også af dettes magnetiske forhistorie.

Magnetiske domæner

Et ferromagnetiske materiale er inddelt i små områder, i hvilke alle atomenes magnetiske momenter er ensrettede. Disse områder har typisk en størrelse på 1-100μm (0.001-0.1mm), og kaldes magnetiske domæner. I et umagnetiseret materiale er felterne fra de enkelte domæner tilfældigt orienteret, og det resulterende samlede felt fra materialet derfor nul.

Magnetisering

Når materialet udsættes for et ydre felt, vil de domæner, hvis felt har retning nær det ydre felts retning vokse, og de øvrige vil blive mindre. Med et tilstrækkeligt stort ydre felt vil man kunne opnå, at alle domæner har samme retning, og at materialets magnetisering derfor ikke længere kan stige. Dette kaldes magnetisk mætning.

Hvis det ydre felt sænkes efter at mætning er opnået, afhænger materialets magnetisering af dets koercivitet, dvs. evne til at opretholde et indre felt uden påvirkning af et ydre felt.

Hysteresekurve

Hysteresekurver
Hysteresekurver for henholdsvis et blødt magnetisk materiale til venstre, og et hårdt materiale til højre.
Hysteresekurver
Af .
Licens: CC BY SA 3.0

Den magnetiserende feltstyrke H skabes som regel med en strømførende spole omkring en prøve af materialet. Ved magnetisering fra umagnetisk tilstand vokser B efter en s-formet kurve, som ved meget høje H-felter bliver helt flad; materialet er da magnetisk mættet. Dette forløb kaldes jomfrukurven. På den første figur er denne vist med grønt.

Vendes strømmen, afmagnetiseres materialet efter en kurve, som ligger over jomfrukurven. Selv når det ydre felt H bliver nul, er der en remanent (tilbageblivende) magnetisering Br . Materialet er da en permanent magnet.

Eksempler

I den næste figur er der vist to eksempler på hysteresekurver.

Til højre er vist en hysteresekurve for et materiale med høj koercivitet. Et sådant materiale kaldes magnetisk hårdt. Her ser man, hvordan materialets magnetisering B ændrer sig som funktion af det ydre felt H. Når materialet er mættet, og man sænker det ydre felt, bevares materialets indre felt det meste af sin styrke godt, og selv når det ydre felt er nul, er der stadig et kraftigt indre felt, Br, tilbage.

Hvis det ydre felt ændres til modsat retning af det indre felt, vil det indre felt efterhånden svækkes, og ved et ydre felt på Hc, der kaldes koercitivkraften, vil det indre felt være nul. Hc er et udtryk for materialets koercivitet: Ved større koercivitet kræves et større modsatrettet felt for at afmagnetisere materialet.

Hvis det ydre felt bliver kraftigt nok i retning modsat retning af der først førte til mætning, vil man opnå mætning i modsat retning. Hæves det ydre felt igen, gentager historien sig som vist af kurven.

Hysteresekurven til venstre er et eksempel på en hysteresekurve fra et materiale med lav koercivitet. Denne type materiale kaldes magnetisk blødt.

Når mætning i et magnetisk blødt materiale er opnået, og det ydre felt sænkes, falder det indre felt hurtigt, og det remanente felt, Br, er lille. Tilsvarende kræves der ikke meget ydre felt i modsat retning for at helt at fjerne det indre felt.

Anvendelser

Det indre af en mekanisk harddisk
En mekanisk harddisk. De roterende glasskiver er belagt med ferromagnetisk materiale, og skrive/læsehovederne kan bevæge sig og aflæse eller overskrive de lagrede data.
Det indre af en mekanisk harddisk
Af .
Licens: CC BY SA 3.0
Magnetstribe på plastickort
Bagsiden af et medlemskort. Den mørke stribe foroven er et tyndt lag ferromagnetisk materiale, som indeholder data der identificerer ejeren.
Magnetstribe på plastickort
Af .
Licens: CC BY SA 3.0

Et materiale som det på kurven til højre ville være meget velegnet til en permanent magnet, da det vedligeholder et stort indre felt (Br) i fravær af at ydre felt.

Et materiale som det på kurven til venstre ville være velegnet til anvendelse i fx transformere og elektromotorer, hvor feltet skal kunne ændres hurtigt.

Hysterese er årsagen til, at der findes permanent magnetisme, som har mange tekniske anvendelser, heriblandt tidligere til magnetisk lagring af information på magnetbånd og disketter. Magnetisk lagring ses stadig på mekaniske harddiske, hvor glasskiver belagt med ferromagnetisk materiale roterer, og et skrive/læsehoved bevæger sig over skiverne.

Magnetisk lagring benyttes også til magnetstriber på kreditkort, sygesikringskort, kundekort osv. Disse striber indeholder magnetisk lagret information der identificerer brugeren, som fx CPR nummer, kontonummer og navn.

Energitab

Det areal, som omsluttes af hysteresekurven, modsvarer energitabet ved ét gennemløb af kurven. Dette energitab er generende i fx transformere og elektromotorer, hvor der sker en stadig ommagnetisering af jernmaterialer.

Netop i fx transformere, elektromotorer og generatorer gør man yderligere det, at man udover at benytte blødt jern laver transformerkernerne af lamineret materiale, dvs. sat sammen af millimetertynde plader, eller af ferrit, der begge dæmper hvirvelstrømme. Dette muliggør en hurtigere ændring af materialets indre felt, og gør det muligt at lave transformatorer og andet elektrisk materiel til høje frekvenser uden et stort energitab.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig