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Échos de l'histoire : pourquoi le passé d'un système affecte-t-il son avenir
Dans les domaines des sciences complexes et de l'ingénierie, nous entendons souvent le concept de « dépendance historique », en particulier dans des sciences telles que la physique, la chimie et la biologie. « L'hystérésis » est un exemple spécifique de cette idée, qui décrit la dépendance de l'état actuel d'un système par rapport à ses expériences passées. Ce phénomène nous rappelle, tant dans le domaine des matériaux que dans celui des sciences sociales, comment les actions passées ont façonné les réalités d’aujourd’hui et peuvent influencer les orientations futures.
L'hystérésis est observée dans divers phénomènes, tels que dans les matériaux magnétiques et électriques, où la fonction de mémoire du système est due à ses propriétés d'hystérésis.
Principes de base de l'hystérésis
En hystérésis, le comportement du système dépend non seulement des variables d'entrée actuelles mais également de ses états passés. En prenant les matériaux magnétiques comme exemple, lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, la structure atomique du matériau sera disposée en conséquence, formant un effet de magnétisation. Même après la suppression du champ magnétique, le matériau conserve toujours une partie de l'état magnétisé. Ce phénomène explique comment les données des disques durs sont stockées et récupérées.
James Clerk Maxwell a mené les premières recherches sur l'hystérésis dans les systèmes mécaniques, qui ont ouvert la voie aux scientifiques ultérieurs.
Types d'hystérésis
Hystérésis indépendant du débit dépendant du débit
L'hystérésis peut être divisée en formes dépendantes du taux et indépendantes du taux. L'hystérésis dépendante du taux crée souvent une différence de phase entre l'entrée et la sortie ; par exemple, une entrée à onde sinusoïdale pure peut entraîner un signal de sortie retardé en phase. Dans ce cas, le comportement de l'hystérésis change avec la fréquence appliquée.
En revanche, l'hystérésis indépendante du débit signifie qu'une fois l'historique du système créé, l'état persistera même sur de longues périodes. Par exemple, lors du processus de déformation de certains matériaux, l'historique de déformation précédent affectera les réactions futures, ce qui confère également à certains systèmes une fonction de mémoire enchevêtrée.
Applications en retard
Dans le domaine de l'ingénierie, le concept d'hystérésis est largement utilisé. Par exemple, dans les systèmes de contrôle, nous pouvons installer des thermostats pour éviter des commutations fréquentes. De plus, une quantité appropriée d'hystérésis est souvent ajoutée aux circuits électroniques pour éviter les interférences sonores et garantir la stabilité du signal. Ces technologies améliorent non seulement la stabilité du système, mais améliorent également la fiabilité opérationnelle.
L'utilisation de l'hystérésis est tout aussi importante dans la conception des microcontrôleurs et de leurs interfaces utilisateur, car elle évite les erreurs de fonctionnement et rend l'interaction utilisateur plus fluide.
La base scientifique de l'hystérésis
D'un point de vue mathématique, l'hystérésis implique souvent la modélisation de systèmes non linéaires et comporte souvent des défis informatiques. Différents modèles, tels que le modèle de Prysac et le modèle de Booker-Wein, visent non seulement à capturer les caractéristiques générales des phénomènes hystérétiques, mais fournissent également des modèles phénoménologiques de phénomènes spécifiques. Ces modèles ont des applications non seulement en physique mais s’étendent également à l’économie et à d’autres sciences sociales.
L'histoire et l'avenir de l'hystérésis
Les recherches scientifiques sur les phénomènes d'hystérésis ont commencé depuis le XIXe siècle. Cette année-là, le scientifique britannique Sir James Alfred Ewing appliqua pour la première fois le terme « hystérésis » pour décrire le comportement des matériaux magnétiques. Avec l'approfondissement de la recherche, la compréhension du phénomène d'hystérésis par de nombreux scientifiques s'est progressivement approfondie et étendue à diverses disciplines, formant un système théorique riche.
Aujourd'hui, à mesure que la technologie progresse, l'hystérésis joue toujours un rôle important dans les nouveaux matériaux, les systèmes intelligents et les technologies d'automatisation. Cela signifie-t-il que les futurs progrès scientifiques et technologiques permettront non seulement de surmonter le défi de l’hystérésis, mais qu’ils en tireront également davantage d’innovations ?
