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Por que os ímãs têm uma memória tão incrível? Explore o mistério da histerese!
A histerese ocorre quando o estado de um sistema depende de seu histórico. Por exemplo, em um determinado campo magnético, o momento magnético de um ímã pode ter mais de um valor, dependendo de como o campo mudou no passado. Muitas vezes, essa dependência histórica pode ser representada por um ciclo ou curva de histerese, onde o valor de uma variável muda dependendo da direção da mudança de outra variável. Essa capacidade de memória é a base da memória em discos rígidos e também é responsável pela retenção da força do campo magnético anterior da Terra.
A histerese magnética não se limita a ferritas e materiais dielétricos; ela também ocorre em muitos fenômenos naturais, como a deformação de elásticos e ligas com memória de forma.
A histerese magnética pode ser observada em vários campos, incluindo física, química, engenharia, biologia e economia. A histerese também é encontrada em muitos sistemas artificiais, como termostatos e gatilhos Schmitt, onde ela evita trocas frequentes desnecessárias. A existência de histerese permite que exista um atraso dinâmico entre a entrada e a saída em um determinado sistema, o que é chamado de histerese dependente da taxa. No entanto, fenômenos como loops de histerese magnética são principalmente independentes da taxa, o que torna a memória persistente possível.
Em modelos de histerese, como o modelo de eixo curvado e o modelo de Bou-Wen, as características gerais da histerese podem ser capturadas, enquanto alguns modelos empíricos têm como alvo fenômenos específicos, como o modelo de Jiles-Atherton para ferromagnetismo.
O termo histerese vem da palavra grega "ὑστέρησις", que significa literalmente "deficiência" ou "atraso". O termo foi cunhado pela primeira vez por James Alfred Ewing em 1881 para descrever o comportamento de materiais magnéticos. Ao longo do tempo, muitos pesquisadores estudaram a descrição da histerese em sistemas mecânicos, especialmente nos primeiros trabalhos de James Clerk Maxwell. O estudo subsequente do modelo de histerese também atraiu a atenção de cientistas famosos como Ferenc Prysach, Louis Neel e Douglas Hugh Everett, que estudaram a histerese relacionada ao magnetismo e à adsorção. Vá mais fundo.
Tipos de histerese
A histerese pode ser dividida em duas categorias: dependente da taxa e independente da taxa. A histerese dependente da taxa reflete a relação de atraso entre entrada e saída. Por exemplo, uma entrada de onda senoidal X(t) produz uma saída de onda senoidal com atraso de fase Y(t).
A histerese independente da taxa, por outro lado, significa que a memória do sistema sobre seus estados passados não decai com o tempo. Isso significa que se uma variável X(t) muda ciclicamente, a saída Y(t) pode mostrar um valor diferente quando retornar ao seu estado inicial, dependendo do caminho do processo de X(t) e não da taxa de mudança.
Muitos autores restringem o termo histerese à histerese independente da taxa.
Áreas de aplicação
Em sistemas de controle, a histerese pode ser usada para filtrar sinais para que a resposta de saída do sistema não seja muito drástica. Por exemplo, um termostato liga um aquecedor quando a temperatura cai para um certo nível, mas não o desliga até que a temperatura suba para outro limite; em circuitos, a histerese é adicionada intencionalmente aos circuitos para evitar comutações desnecessariamente rápidas. Essa técnica pode ser usada para compensar a flutuação dos contatos de comutação e também pode ser aplicada ao processamento de sinais ruidosos.
No design de interface de usuário, a histerese ajuda a fazer com que o estado da interface fique atrás da entrada do usuário. Mesmo depois que a entrada do usuário muda, a interface permanecerá em seu estado atual por um período de tempo, tornando-a mais amigável ao usuário . Suave.
Aplicação da Histerese em Materiais
Por exemplo, em materiais ferromagnéticos, quando um campo magnético externo é aplicado, os campos atômicos se alinham com ele e, mesmo quando o campo externo é removido, parte do alinhamento permanece, o que é uma das razões pelas quais os discos rígidos são baseado na memória magnética. . Para desmagnetizar o material, é necessário calor ou um campo magnético reverso.
Esse fenômeno de memória exclusivo não existe apenas no design de discos rígidos, mas também é amplamente utilizado em outras mídias de armazenamento e componentes eletrônicos, demonstrando a diversidade da histerese e sua importância na tecnologia moderna.
Este olhar aprofundado sobre o fenômeno da histerese levanta a questão de como os futuros dispositivos de memória podem explorar esses fenômenos naturais para criar formas mais eficientes de memória à medida que a tecnologia avança.
