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Pourquoi les aimants ont-ils une mémoire aussi étonnante ? Explorez le mystère de l'hystérésis !
L'hystérésis se produit lorsque l'état d'un système dépend de son historique. Par exemple, dans un champ magnétique donné, le moment magnétique d’un aimant peut avoir plusieurs valeurs, selon la façon dont le champ a changé dans le passé. Souvent, cette dépendance historique peut être représentée par un cycle ou une courbe d’hystérésis, où la valeur d’une variable change en fonction de la direction du changement d’une autre variable. Cette capacité de mémoire est la base de la mémoire des disques durs et est également responsable de la conservation de l'intensité passée du champ magnétique terrestre.
L'hystérésis magnétique ne se limite pas aux ferrites et aux matériaux diélectriques ; elle se produit également dans de nombreux phénomènes naturels tels que la déformation des élastiques et des alliages à mémoire de forme.
L'hystérésis magnétique peut être observée dans divers domaines, notamment la physique, la chimie, l'ingénierie, la biologie et l'économie. L'hystérésis se retrouve également dans de nombreux systèmes artificiels, tels que les thermostats et les déclencheurs de Schmitt, où elle empêche les commutations fréquentes inutiles. L'existence d'hystérésis permet l'existence d'un délai dynamique entre l'entrée et la sortie dans un système donné, ce que l'on appelle hystérésis dépendante du débit. Cependant, des phénomènes tels que les boucles d'hystérésis magnétiques sont principalement indépendants du taux, ce qui rend la mémoire persistante possible.
Dans les modèles d'hystérésis tels que le modèle d'axe déformé et le modèle Bou-Wen, les caractéristiques globales de l'hystérésis peuvent être capturées, tandis que certains modèles empiriques ciblent des phénomènes spécifiques, tels que le modèle Jiles-Atherton pour le ferromagnétisme.
Le terme hystérésis vient du mot grec « ὑστέρησις », qui signifie littéralement « déficience » ou « retard ». Le terme a été inventé par James Alfred Ewing en 1881 pour décrire le comportement des matériaux magnétiques. Au fil du temps, de nombreux chercheurs ont étudié la description de l’hystérésis dans les systèmes mécaniques, en particulier dans les premiers travaux de James Clerk Maxwell. L'étude ultérieure du modèle d'hystérésis a également attiré l'attention de scientifiques célèbres tels que Ferenc Prysach, Louis Neel et Douglas Hugh Everett, qui ont étudié l'hystérésis liée au magnétisme et à l'adsorption. Creusez plus profondément.
Types d'hystérésis
L'hystérésis peut être divisée en deux catégories : dépendante du taux et indépendante du taux. L'hystérésis dépendante du taux reflète la relation de décalage entre l'entrée et la sortie. Par exemple, une entrée sinusoïdale X(t) produit une sortie sinusoïdale à phase retardée Y(t).
L'hystérésis indépendante du taux, en revanche, signifie que la mémoire du système de ses états passés ne se dégrade pas avec le temps. Cela signifie que si une variable X(t) change de manière cyclique, la sortie Y(t) peut afficher une valeur différente lorsqu'elle revient à son état initial, en fonction du chemin de processus de X(t) plutôt que du taux de changement.
De nombreux auteurs limitent le terme hystérésis à l’hystérésis indépendante du taux.
Domaines d'application
Dans les systèmes de contrôle, l'hystérésis peut être utilisée pour filtrer les signaux afin que la réponse de sortie du système ne soit pas trop drastique. Par exemple, un thermostat allume un radiateur lorsque la température descend à un certain niveau, mais ne l'éteint pas tant que la température n'atteint pas un autre seuil ; dans les circuits, l'hystérésis est intentionnellement ajoutée aux circuits pour éviter une commutation inutilement rapide. Cette technique peut être utilisée pour compenser la fluctuation des contacts de commutation et peut également être appliquée au traitement de signaux bruyants.
Dans la conception d'interfaces utilisateur, l'hystérésis permet de faire en sorte que l'état de l'interface soit en retard par rapport à la saisie de l'utilisateur. Même après que la saisie de l'utilisateur a changé, l'interface restera dans son état actuel pendant un certain temps, ce qui la rend plus conviviale. . Lisse.
Application de l'hystérésis dans les matériaux
Par exemple, dans les matériaux ferromagnétiques, lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, les champs atomiques s'alignent avec lui, et même lorsque le champ externe est supprimé, une partie de l'alignement demeure, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les disques durs sont basé sur la mémoire magnétique. . Pour démagnétiser le matériau, il faut de la chaleur ou un champ magnétique inverse.
Ce phénomène de mémoire unique existe non seulement dans la conception des disques durs, mais est également largement utilisé dans d'autres supports de stockage et composants électroniques, démontrant la diversité de l'hystérésis et son importance dans la technologie moderne.
Cet examen approfondi du phénomène d’hystérésis soulève la question de savoir comment les futurs dispositifs de mémoire pourraient exploiter ces phénomènes naturels pour créer des formes de mémoire plus efficaces à mesure que la technologie progresse.
