Cos'è l'isteresi?

Nel nucleo di qualsiasi elettromagnete, dopo che la corrente è stata interrotta, una parte delle proprietà magnetiche, chiamate magnetismo residuo, è sempre conservata. L'entità del magnetismo residuo dipende dalle proprietà del materiale del nucleo e raggiunge un valore maggiore per l'acciaio temprato e minore per il ferro dolce.

Tuttavia, non importa quanto sia morbido il ferro, il magnetismo residuo avrà comunque qualche effetto se, in base alle condizioni operative del dispositivo, è necessario magnetizzare il suo nucleo, cioè smagnetizzare a zero e magnetizzare nella direzione opposta.

Infatti, ad ogni cambio di direzione della corrente nella bobina dell'elettromagnete, è necessario (a causa della presenza di magnetismo residuo nel nucleo) prima smagnetizzare il nucleo, e solo successivamente può essere magnetizzato in un nuovo direzione. Ciò richiederebbe un certo flusso magnetico nella direzione opposta.

In altre parole, la variazione della magnetizzazione del nucleo (induzione magnetica) è sempre in ritardo rispetto alle corrispondenti variazioni del flusso magnetico (intensità del campo magnetico), creato dalla bobina.

Questo ritardo dell'induzione magnetica dalla forza del campo magnetico è chiamato isteresi... Ad ogni nuova magnetizzazione del nucleo, per distruggere il suo magnetismo residuo, è necessario agire sul nucleo con un flusso magnetico opposto direzione.

In pratica, ciò significherà spendere parte dell'energia elettrica per superare la forza coercitiva, il che rende difficile ruotare i magneti molecolari in una nuova posizione. L'energia spesa per questo viene rilasciata nel ferro sotto forma di calore e rappresenta perdite per inversione di magnetizzazione o, come viene chiamata, perdita per isteresi.

Sulla base di quanto sopra, il ferro sottoposto a continua inversione di magnetizzazione in un determinato dispositivo (nuclei di armatura di generatori e motori elettrici, nuclei di trasformatori) dovrebbe essere sempre selezionato morbido, con una forza coercitiva molto piccola. Ciò consente di ridurre le perdite per isteresi e quindi aumentare il rendimento di una macchina o di un apparecchio elettrico.

Ciclo di isteresi

Ciclo di isteresi — una curva che rappresenta l'andamento della dipendenza della magnetizzazione dalla forza del campo esterno. Più grande è l'area del loop, più lavoro devi fare per invertire la magnetizzazione.

Immaginiamo un semplice elettromagnete con un nucleo di ferro. Eseguiamo un ciclo di magnetizzazione completo, per il quale cambieremo la corrente di magnetizzazione da zero al valore Ω nelle direzioni dello sfondo.

Momento iniziale: la corrente è nulla, il ferro non è magnetizzato, l'induzione magnetica B = 0.

1a parte: magnetizzazione cambiando la corrente da 0 a un valore di — + Ω.L'induzione nel nucleo di ferro aumenterà prima rapidamente, poi più lentamente. Alla fine dell'operazione, nel punto A, il ferro è talmente saturo di linee di forza magnetiche che un ulteriore aumento della corrente (oltre + OM) può dare i risultati più insignificanti, quindi l'operazione di magnetizzazione può essere considerata completa.

Magnetizzazione a saturazione significa che i magneti molecolari nel nucleo, che all'inizio del processo di magnetizzazione erano in uno stato completo e poi solo in parziale disordine, sono ora quasi tutti disposti in file ordinate, poli nord da un lato, poli sud dall'altro l'altro, perché ora abbiamo la polarità nord a un'estremità del nucleo e sud all'altra.

2a parte: indebolimento del magnetismo dovuto alla riduzione della corrente da + OM a 0 e completa smagnetizzazione alla corrente - OD. L'induzione magnetica variando lungo la curva AC raggiungerà il valore di OC, mentre la corrente sarà già nulla. Questa induzione magnetica è chiamata magnetismo residuo o induzione magnetica residua. Per distruggere, per completare, quindi, la smagnetizzazione, è necessario dare una corrente inversa all'elettromagnete e portarlo ad un valore corrispondente all'ordinata OD nel disegno.

3a parte: magnetizzazione inversa cambiando la corrente da — OD a — OM1. L'induzione magnetica aumentando lungo la curva DE raggiungerà il punto E corrispondente al momento di saturazione.

4a parte: indebolimento del magnetismo mediante graduale riduzione della corrente da —OM1, a zero (magnetismo residuo OF) e successiva smagnetizzazione mediante inversione della direzione della corrente e portandola al valore +OH.

Quinta parte: magnetizzazione corrispondente al processo della prima parte, portando l'induzione magnetica da zero a + MA cambiando la corrente da + OH a + OM.

NSQuando la corrente di smagnetizzazione scende a zero, non tutti i magneti elementari o molecolari ritornano allo stato disordinato precedente, ma alcuni mantengono la loro posizione corrispondente all'ultima direzione di magnetizzazione. Questo fenomeno di ritardo o ritenzione del magnetismo è chiamato isteresi.