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Perché i magneti hanno una memoria così sorprendente? Esplora il mistero dell'isteresi!
L'isteresi si verifica quando lo stato di un sistema dipende dalla sua storia. Ad esempio, in un dato campo magnetico, il momento magnetico di una calamita può avere più di un valore, a seconda di come il campo è cambiato in passato. Spesso questa dipendenza storica può essere rappresentata da una curva di ciclo o di isteresi, in cui il valore di una variabile cambia a seconda della direzione del cambiamento di un'altra variabile. Questa capacità di memoria è alla base della memoria nei dischi rigidi ed è anche responsabile della conservazione dell'intensità del campo magnetico terrestre del passato.
L'isteresi magnetica non è limitata alle ferriti e ai materiali dielettrici; si verifica anche in molti fenomeni naturali, come la deformazione degli elastici e delle leghe a memoria di forma.
L'isteresi magnetica può essere osservata in vari campi, tra cui fisica, chimica, ingegneria, biologia ed economia. L'isteresi è presente anche in molti sistemi artificiali, come termostati e trigger di Schmitt, dove impedisce commutazioni frequenti e non necessarie. L'esistenza dell'isteresi consente l'esistenza di un ritardo dinamico tra input e output in un dato sistema, denominato isteresi dipendente dalla velocità. Tuttavia, fenomeni come i cicli di isteresi magnetica sono principalmente indipendenti dalla frequenza, il che rende possibile la memoria persistente.
Nei modelli di isteresi, come il modello dell'asse deformato e il modello di Bou-Wen, è possibile catturare le caratteristiche generali dell'isteresi, mentre alcuni modelli empirici mirano a fenomeni specifici, come il modello di Jiles-Atherton per il ferromagnetismo.
Il termine isteresi deriva dalla parola greca "ὑστέρησις", che letteralmente significa "carenza" o "ritardo". Il termine fu coniato per la prima volta da James Alfred Ewing nel 1881 per descrivere il comportamento dei materiali magnetici. Nel corso del tempo, molti ricercatori hanno studiato la descrizione dell'isteresi nei sistemi meccanici, in particolare nei primi lavori di James Clerk Maxwell. Lo studio successivo del modello di isteresi attirò anche l'attenzione di scienziati famosi come Ferenc Prysach, Louis Neel e Douglas Hugh Everett, che studiarono l'isteresi correlata al magnetismo e all'adsorbimento. Approfondisci.
Tipi di isteresi
L'isteresi può essere divisa in due categorie: dipendente dalla frequenza e indipendente dalla frequenza. L'isteresi dipendente dalla velocità riflette la relazione di ritardo tra input e output. Ad esempio, un ingresso di onda sinusoidale X(t) produce un'uscita di onda sinusoidale con ritardo di fase Y(t).
L'isteresi indipendente dalla velocità, d'altro canto, significa che la memoria del sistema sui suoi stati passati non decade nel tempo. Ciò significa che se una variabile X(t) cambia ciclicamente, l'output Y(t) potrebbe mostrare un valore diverso quando ritorna al suo stato iniziale, a seconda del percorso del processo di X(t) piuttosto che della velocità di variazione.
Molti autori limitano il termine isteresi all'isteresi indipendente dalla frequenza.
Aree di applicazione
Nei sistemi di controllo, l'isteresi può essere utilizzata per filtrare i segnali in modo che la risposta in uscita del sistema non sia troppo drastica. Ad esempio, un termostato accende un riscaldatore quando la temperatura scende a un certo livello, ma non lo spegne finché la temperatura non raggiunge un'altra soglia; nei circuiti, l'isteresi viene aggiunta intenzionalmente ai circuiti per evitare commutazioni inutilmente rapide. Questa tecnica può essere utilizzata per compensare la fluttuazione dei contatti di commutazione e può essere applicata anche all'elaborazione di segnali rumorosi.
Nella progettazione dell'interfaccia utente, l'isteresi aiuta a far sì che lo stato dell'interfaccia sia in ritardo rispetto all'input dell'utente. Anche dopo che l'input dell'utente cambia, l'interfaccia rimarrà nel suo stato attuale per un periodo di tempo, rendendola più user-friendly. . Liscio.
Applicazione dell'isteresi nei materiali
Ad esempio, nei materiali ferromagnetici, quando viene applicato un campo magnetico esterno, i campi atomici si allineano con esso e anche quando il campo esterno viene rimosso, parte dell'allineamento rimane, che è uno dei motivi per cui i dischi rigidi sono basato sulla memoria magnetica. Per smagnetizzare il materiale è necessario il calore o un campo magnetico inverso.
Questo fenomeno di memoria unico non è presente solo nella progettazione dei dischi rigidi, ma è ampiamente utilizzato anche in altri supporti di memorizzazione e componenti elettronici, dimostrando la diversità dell'isteresi e la sua importanza nella tecnologia moderna.
Questa analisi approfondita del fenomeno dell'isteresi solleva la questione di come i futuri dispositivi di memoria potrebbero sfruttare questi fenomeni naturali per creare forme di memoria più efficienti man mano che la tecnologia avanza.
