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자석은 왜 그렇게 놀라운 기억력을 갖고 있나요? 히스테리시스의 신비를 탐험해보세요!
히스테리시스는 시스템 상태가 이력에 따라 달라질 때 발생합니다. 예를 들어, 주어진 자기장에서 자석의 자기 모멘트는 자기장이 과거에 어떻게 변했는지에 따라 두 개 이상의 값을 가질 수 있습니다. 종종 이러한 역사적 종속성은 순환 또는 히스테리시스 곡선으로 표현될 수 있는데, 여기서 한 변수의 값은 다른 변수의 변화 방향에 따라 변합니다. 이러한 메모리 기능은 하드 드라이브의 메모리 기반이며, 과거의 지구 자기장 강도를 보존하는 역할도 합니다.
자기 히스테리시스는 페라이트와 유전체에만 국한되지 않습니다. 고무줄이나 형상 기억 합금의 변형과 같은 많은 자연 현상에서도 발생합니다.
자기 히스테리시스는 물리학, 화학, 공학, 생물학, 경제학을 포함한 다양한 분야에서 관찰될 수 있습니다. 히스테리시스는 온도 조절 장치나 슈미트 트리거와 같은 많은 인공 시스템에서도 발견되며, 불필요한 빈번한 전환을 방지합니다. 히스테리시스의 존재는 주어진 시스템에서 입력과 출력 사이에 동적 지연이 존재할 수 있게 하며, 이를 속도 의존 히스테리시스라고 합니다. 그러나 자기 히스테리시스 루프와 같은 현상은 주로 속도에 독립적이기 때문에 지속적인 메모리가 가능합니다.
좌굴축 모델이나 Bou-Wen 모델과 같은 히스테리시스 모델에서는 히스테리시스의 전반적인 특성을 포착할 수 있지만, 일부 경험적 모델은 강자성에 관한 Jiles-Atherton 모델과 같이 특정 현상을 목표로 합니다.
히스테리시스라는 용어는 문자적으로 "결핍" 또는 "지연"을 의미하는 그리스어 "ὑστέρησις"에서 유래되었습니다. 이 용어는 1881년 제임스 알프레드 유잉(James Alfred Ewing)이 자성체의 거동을 설명하기 위해 처음 만들었습니다. 시간이 흐르면서 많은 연구자들이 기계 시스템의 히스테리시스에 대한 설명을 연구해 왔으며, 특히 제임스 클러크 맥스웰의 초기 연구에 관심이 쏠렸습니다. 이후 히스테리시스 모델에 대한 연구는 또한 페렌츠 프라이사흐, 루이스 닐, 더글러스 휴 에버렛과 같은 유명한 과학자들의 주목을 끌었는데, 이들은 자기와 흡착과 관련된 히스테리시스를 연구했습니다. 더 깊이 파헤쳐보세요.
히스테리시스의 종류
히스테리시스는 속도 의존형과 속도 독립적형의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 속도 의존적 히스테리시스는 입력과 출력 간의 지연 관계를 반영합니다. 예를 들어, 사인파 입력 X(t)는 위상 지연 사인파 출력 Y(t)를 생성합니다.
반면에 속도 독립 히스테리시스는 시스템의 과거 상태에 대한 기억이 시간이 지나도 감소하지 않는다는 것을 의미합니다. 즉, 변수 X(t)가 주기적으로 변하면 출력 Y(t)는 변화율이 아닌 X(t)의 처리 경로에 따라 초기 상태로 돌아갈 때 다른 값을 보일 수 있습니다.
많은 저자는 히스테리시스라는 용어를 속도 독립 히스테리시스로 제한합니다.
적용 분야
제어 시스템에서 히스테리시스는 신호를 필터링하여 시스템의 출력 응답이 너무 극심하지 않도록 하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 온도 조절 장치는 온도가 특정 수준까지 떨어지면 히터를 켜지만, 온도가 다른 임계값까지 올라갈 때까지 히터를 끄지 않습니다. 회로에서는 불필요하게 빠른 전환을 방지하기 위해 의도적으로 회로에 히스테리시스를 추가합니다. 이 기술은 스위칭 접점의 변동을 보상하는 데 사용될 수 있으며, 노이즈가 있는 신호 처리에도 적용될 수 있습니다.
사용자 인터페이스 디자인에서 히스테리시스는 인터페이스 상태가 사용자 입력보다 뒤떨어지도록 하는 데 도움이 됩니다. 사용자 입력이 변경된 후에도 인터페이스는 일정 시간 동안 현재 상태를 유지하여 사용자에게 더 친화적으로 만듭니다. . 매끄러운.
재료에서의 히스테리시스의 응용
예를 들어, 강자성체에서 외부 자기장이 가해지면 원자장이 그에 맞춰 정렬되고 외부 자기장이 제거되어도 정렬이 일부 유지되는데, 이것이 하드디스크가 자기 메모리를 기반으로 합니다. 재료의 자기를 제거하려면 열이나 역자기장이 필요합니다.
이러한 독특한 메모리 현상은 하드 드라이브 설계에만 존재하는 것이 아니라 다른 저장 매체와 전자 부품에도 널리 사용되며, 이는 히스테리시스의 다양성과 현대 기술에서의 중요성을 보여줍니다.
히스테리시스 현상에 대한 심층적인 조사는 기술이 발전함에 따라 미래의 메모리 장치가 이러한 자연 현상을 어떻게 활용하여 더 효율적인 형태의 메모리를 만들어낼 수 있을지에 대한 의문을 제기합니다.
