Гистерезис: что это такое и как он влияет на нашу жизнь
Гистерезис — это удивительное явление, которое встречается в самых разных областях: от физики и химии до экономики и биологии. Простыми словами, гистерезис описывает зависимость текущего состояния системы от её прошлого. Например, магнит может иметь разную намагниченность в одном и том же магнитном поле, в зависимости от того, как это поле менялось ранее. Это явление лежит в основе многих технологий, таких как жёсткие диски, где информация сохраняется благодаря остаточной намагниченности.
Гистерезис проявляется не только в магнетизме. Его можно наблюдать в резиновых лентах, которые растягиваются и возвращаются в исходное состояние с задержкой, или в сплавах с памятью формы, которые «запоминают» свою первоначальную форму. В природе гистерезис часто связан с необратимыми процессами, такими как фазовые переходы или трение.
Что такое гистерезис?
Гистерезис — это свойство системы, при котором её текущее состояние зависит от предыдущих состояний. Например, если вы растягиваете резиновую ленту, она будет вести себя по-разному в зависимости от того, как вы её растягивали до этого. Это явление можно наблюдать на графиках, где образуется петля гистерезиса.
В промышленности гистерезис используется для создания стабильных систем. Например, термостаты и триггеры Шмитта используют гистерезис, чтобы избежать частого переключения. Это помогает экономить энергию и увеличивает срок службы устройств.
История гистерезиса
Термин «гистерезис» происходит от древнегреческого слова «ὑστέρησις», что означает «отставание». Впервые это понятие было введено в 1881 году сэром Джеймсом Альфредом Юингом для описания поведения магнитных материалов.
Позже гистерезис стал изучаться в механических системах. Джеймс Клерк Максвелл, известный своими работами в области электромагнетизма, также внёс вклад в понимание этого явления. В XX веке гистерезисные модели получили развитие благодаря работам таких учёных, как Ференц Прейзах и Марк Красносельский.
Типы гистерезиса
Гистерезис, зависящий от скорости
Этот тип проявляется, когда между входным и выходным сигналом существует задержка, которая исчезает, если входной сигнал изменяется медленно. Например, в линейных системах синусоидальный входной сигнал может вызывать синусоидальный выходной сигнал с задержкой по фазе.
Гистерезис, независимый от скорости
В этом случае система «помнит» своё прошлое состояние даже после того, как переходные процессы завершились. Например, если вы циклически меняете входную переменную, выходная переменная может иметь разные значения в зависимости от пути, по которому вы её изменяли.