Hystérésis dans les matériaux
Comprendre l'hystérésis
L'hystérésis est un phénomène par lequel l'état d'un système dépend de son histoire. Ce comportement est couramment observé dans les matériaux magnétiques, les systèmes mécaniques et les processus biologiques. Dans ces systèmes, la réponse à un stimulus externe est influencée par les états précédents.
Types d'hystérésis
L'hystérésis peut être classée en plusieurs catégories en fonction du système et du contexte. Les principaux types sont les suivants
Hystérésis magnétique: observée dans les matériaux ferromagnétiques, où l'aimantation dépend de l'historique du champ magnétique appliqué.
Hystérésis mécanique: Observée dans les matériaux qui présentent une perte d'énergie lorsqu'ils sont soumis à une charge cyclique, comme le caoutchouc et les métaux.
Hystérésis thermique: Concerne les systèmes dans lesquels les changements de température dépendent de l'historique thermique, ce qui est courant dans les matériaux à changement de phase.
Hystérésis électrique: Se produit dans les systèmes électriques tels que les condensateurs et les inducteurs, où la tension et le courant dépendent des états antérieurs.
Exemples d'hystérésis
L'hystérésis apparaît dans divers domaines, illustrant son impact étendu :
Hystérésis magnétique: La courbe d'aimantation du fer présente une hystérésis, ce qui est essentiel dans la conception des dispositifs de stockage magnétique.
Thermostats: l'hystérésis empêche les commutations rapides en introduisant une plage de température pour la mise en marche et l'arrêt des systèmes de chauffage ou de refroidissement.
Matériaux élastiques: Les élastiques présentent une hystérésis lorsqu'ils sont étirés et relâchés, dissipant ainsi de l'énergie.
L'hystérésis dans différents systèmes
Voici un tableau résumant les différents types d'hystérésis et leurs exemples :
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Type d'hystérésis |
Description de l'hystérésis |
Exemple d'hystérésis |
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Hystérésis magnétique |
Dépendance de l'aimantation par rapport à l'historique du champ |
Courbe d'aimantation du fer |
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Hystérésis mécanique |
Perte d'énergie lors d'une charge cyclique |
Élasticité du caoutchouc |
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Hystérésis thermique |
Dépendance de la température par rapport à l'histoire thermique |
Matériaux à changement de phase |
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Hystérésis électrique |
La tension et le courant dépendent des états antérieurs |
Condensateurs dans les circuits électriques |
Pour plus de détails, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).
Applications de l'hystérésis
- Aimants permanents: assure une rémanence et une coercivité élevées pour une magnétisation durable.
- Stockage magnétique des données: Permet de conserver les données dans les disques durs grâce à l'aimantation rémanente.
- Transformateurs et inducteurs: Analyse les pertes de noyau pendant les cycles de magnétisation.
- Capteurs et actionneurs: Utilisés dans les capteurs magnétiques et les détecteurs de position.
- Matériaux ferroélectriques: Appliqués dans les mémoires non volatiles (FeRAM).
- Systèmes de contrôle: Empêche les commutations rapides dans les thermostats et les contrôleurs de moteur.
- Alliages à mémoire de forme: Utilisés dans les actionneurs et les dispositifs médicaux pour la conservation de la forme.
- Biocapteurs: détecte les changements dans les propriétés biologiques à l'aide de champs magnétiques/électriques.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que l'hystérésis en termes simples ?
L'hystérésis se produit lorsque l'état actuel d'un système est influencé par ses états antérieurs, et pas seulement par les entrées actuelles.
Où peut-on observer l'hystérésis dans la vie de tous les jours ?
Les thermostats qui contrôlent le chauffage domestique, les élastiques qui s'étirent et reprennent leur forme et les matériaux magnétiques dans les appareils électroniques en sont des exemples.
Pourquoi l'hystérésis est-elle importante en ingénierie ?
Comprendre l'hystérésis permet de concevoir des systèmes capables de gérer la perte d'énergie, de maintenir la stabilité et de fonctionner efficacement dans des conditions variables.
L'hystérésis peut-elle se produire dans les systèmes biologiques ?
Oui, l'hystérésis est observée dans les processus biologiques tels que la contraction musculaire et certaines réponses cellulaires.
Comment mesure-t-on l'hystérésis dans les matériaux ?
L'hystérésis est généralement mesurée à l'aide de cycles de chargement et de déchargement de forces ou de champs et en observant le décalage entre les réponses d'entrée et de sortie.
