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¿Por qué los imanes tienen una memoria tan asombrosa? ¡Explora el misterio de la histéresis!
La histéresis ocurre cuando el estado de un sistema depende de su historia. Por ejemplo, en un campo magnético dado, el momento magnético de un imán puede tener más de un valor, dependiendo de cómo haya cambiado el campo en el pasado. A menudo, esta dependencia histórica puede representarse mediante un ciclo o una curva de histéresis, donde el valor de una variable cambia dependiendo de la dirección de cambio de otra variable. Esta capacidad de memoria es la base de la memoria de los discos duros y también es responsable de la retención de la intensidad del campo magnético pasado de la Tierra.
La histéresis magnética no se limita a las ferritas y los materiales dieléctricos; también ocurre en muchos fenómenos naturales como la deformación de bandas de goma y aleaciones con memoria de forma.
La histéresis magnética se puede observar en varios campos, incluidos la física, la química, la ingeniería, la biología y la economía. La histéresis también se encuentra en muchos sistemas artificiales, como termostatos y disparadores Schmitt, donde evita cambios frecuentes innecesarios. La existencia de histéresis permite que exista un retraso dinámico entre la entrada y la salida en un sistema dado, lo que se denomina histéresis dependiente de la velocidad. Sin embargo, fenómenos como los bucles de histéresis magnética son principalmente independientes de la velocidad, lo que hace posible la memoria persistente.
En los modelos de histéresis, como el modelo de eje pandeado y el modelo de Bou-Wen, se pueden capturar las características generales de la histéresis, mientras que algunos modelos empíricos se centran en fenómenos específicos, como el modelo de Jiles-Atherton para el ferromagnetismo.
El término histéresis proviene de la palabra griega "ὑστέρησις", que literalmente significa "deficiencia" o "retraso". El término fue acuñado por primera vez por James Alfred Ewing en 1881 para describir el comportamiento de los materiales magnéticos. A lo largo del tiempo, muchos investigadores han estudiado la descripción de la histéresis en sistemas mecánicos, especialmente en los primeros trabajos de James Clerk Maxwell. El estudio posterior del modelo de histéresis también atrajo la atención de científicos famosos como Ferenc Prysach, Louis Neel y Douglas Hugh Everett, quienes estudiaron la histéresis relacionada con el magnetismo y la adsorción. Profundice más.
Tipos de histéresis
La histéresis se puede dividir en dos categorías: dependiente de la velocidad e independiente de la velocidad. La histéresis dependiente de la velocidad refleja la relación de retardo entre la entrada y la salida. Por ejemplo, una entrada de onda sinusoidal X(t) produce una salida de onda sinusoidal con retardo de fase Y(t).
La histéresis independiente de la velocidad, por otro lado, significa que la memoria del sistema de sus estados pasados no decae con el tiempo. Esto significa que si una variable X(t) cambia cíclicamente, la salida Y(t) puede mostrar un valor diferente cuando regresa a su estado inicial, dependiendo de la ruta del proceso de X(t) en lugar de la tasa de cambio.
Muchos autores restringen el término histéresis a la histéresis independiente de la velocidad.
Áreas de aplicación
En los sistemas de control, la histéresis se puede utilizar para filtrar señales de modo que la respuesta de salida del sistema no sea demasiado drástica. Por ejemplo, un termostato enciende un calentador cuando la temperatura baja a un cierto nivel, pero no lo apaga hasta que la temperatura sube a otro umbral; en los circuitos, la histéresis se agrega intencionalmente a los circuitos para evitar cambios innecesariamente rápidos. Esta técnica se puede utilizar para compensar la fluctuación de los contactos de conmutación y también se puede aplicar al procesamiento de señales ruidosas.
En el diseño de interfaces de usuario, la histéresis ayuda a que el estado de la interfaz se retrase con respecto a la entrada del usuario. Incluso después de que la entrada del usuario cambie, la interfaz permanecerá en su estado actual durante un período de tiempo, lo que la hace más fácil de usar. . Liso.
Aplicación de la histéresis en materiales
Por ejemplo, en materiales ferromagnéticos, cuando se aplica un campo magnético externo, los campos atómicos se alinean con él, e incluso cuando se elimina el campo externo, parte de la alineación permanece, lo que es una de las razones por las que los discos duros son basado en memoria magnética. . Para desmagnetizar el material se requiere calor o un campo magnético inverso.
Este fenómeno de memoria único no sólo existe en el diseño de discos duros, sino que también se utiliza ampliamente en otros medios de almacenamiento y componentes electrónicos, lo que demuestra la diversidad de la histéresis y su importancia en la tecnología moderna.
Esta mirada en profundidad al fenómeno de la histéresis plantea la cuestión de cómo los futuros dispositivos de memoria podrían explotar estos fenómenos naturales para crear formas de memoria más eficientes a medida que avanza la tecnología.
