logo

logo

logo

logo

logo

البطاء المغنطيسي

بطاء مغنطيسي

Hysteresis -

 البطاء المغنطيسي

البطاء المغنطيسي

 

 

البطاء hysteresis عموماً هو خاصة تأخر زوال السبب عن زوال المسبِّب. ففي المواد الحديدية المغنطة (المواد ذات المغنطيسية الحديدية) ferromagnetic materials -مثلاً- يظهر تأخر زوال مغنطة المادة مع انعدام الحقل المغنطيسي الذي سبب مغنطتها magnetic hysteresis، وقد يُعبَّر عن ذلك أيضاً بتأخر انعدام حقل التحريض المغنطيسي عند انعدام الحقل المغنطيسي؛ وهذه أولى خواص البطاء التي دُرست دراسة مفصلة. فإذا طبق حقل مغنطيسي H على مادة حديدية المغنطة غير ممغنطة في البدء؛ فإنها تظهر حقلاً مغنطيسياً يضاف إلى الحقل المطبق لتكوّن حقل تحريض مغنطيسيB magnetic induction field ، ولا تتناسب هذه المغنطة مع الحقل المطبق تناسباً خطياً، وإنما تتبع المنحني os في الشكل (1)، إذ تمثل النقطة s أعلى قيمة يصلها حقل التحريض المغنطيسي Bmax مقابل القيمة العظمى للحقل المطبق Hmax. وإذا أزيل الحقل المطبق حتى ينعدم، فإن حقل التحريض لا ينعدم، وإنما يأخذ القيمة Br نتيجة المغنطة المتبقية. وإذا أريد إزالة المغنطة يجب أن يطبق حقل مغنطيسي في الاتجاه المعاكس لاتجاه الحقل الأول قيمته . يلاحظ أن هذه الخاصة تتبع منحنياً يختلف عن المنحني الأول. وإذا استمر الحقل المعاكس بالزيادة حتى قيمة عظمى تقابل القيمة العظمى للحقل المطبق الأول يتم الوصول إلى النقطة المناظرة لـ s؛ فإذا استمر الحقل المطبق في الزيادة فإنه سيتبع منحنياً جديداً حتى العودة إلى النقطة s من جديد، وهذا ما يحصل عند تطبيق حقل مغنطيسي متناوب. يُسمى هذا المنحني المغلق عروة البطاء hysteresis loop، وتعرف Br أو ما يقابلها بالمغنطة المتبقية، كما يعرف بالحقل القاهر coercive field أو القوة القاهرة.

الشكل (1) منحني البطاء المغنطيسي (عروة البطاء).

ثمة خواص أخرى يشبه سلوكها هذا السلوك وعلى رأسها الاستقطابية الكهربائية polarizability في المواد ذات الكهربائية الحديدية (الكهرحديدية) ferroelectric materials، التي سميت كذلك لتشابه سلوكها الكهربائي مع سلوك المواد الحديدية الممغنطة (الشكل 2). حيث تمثل P الاستقطابية، ويحل الحقل الكهربائي E مكان الحقل المغنطيسي مع مدلولاته الإضافية.

الشكل (2) عروة البطاء الكهرحديدية.

كذلك يظهر مثل هذا السلوك في الخاصة الميكانيكية المرافقة لتغير الانفعال strain مع تغير الإجهاد stress، مثل استطالة سلك مع زيادة الحمولة بعد المجال المرن (الشكل 3)، وذلك عند التحميل loading وعند إزالة الحمل unloading إذا ما تجاوز حد المرونة للمادة.

الشكل (3) عروة البطاء الميكانيكي.

أتى تفسير البطاء المغنطيسي مع تعرف المواد الحديدية مجهرياً، إذ وجد أن أسباب حدوث المغنطة وبقاؤها تعود أصلاً إلى تآثر الجزيئات أو الذرات تآثراً يميل إلى اصطفافها في اتجاه واحد مؤدية إلى ما يعرف بالمغنطة الذاتية spontaneous magnetization. لكن هذا قد لا يتم على كامل العينة لتدخُّل عوامل أخرى؛ مثل الإجهاد، فتتجزأ العينة إلى مناطق يختلف اتجاه كل منها عن اتجاه المناطق الأخرى، وهو ما يعرف بمناطق بريلوان Brillouin domains، تفصل بينها جدران متغيرة الاتجاه من اتجاه منطقة أولى حتى اتجاه المنطقة الملاصقة، وهذا ما يعرف بجدران بلوخ Bloch walls. قد تكون اتجاهات المناطق موزعة عشوائياً فلا تُظهِر العينة مغنطة. وعند تطبيق الحقل المغنطيسي تتوسع المناطق ذات الاتجاه الموازي للحقل على حساب المناطق الأخرى؛ أي تتحرك جدران بلوخ، وهذه الحركة غير عكوسة، وبالتالي تبقى بعض المغنطة عند انعدام الحقل المطبق، (الشكل 4).

الشكل (4) المناطق المغنطيسية

ثمة تفسيرات مشابهة في حالات البطاء الأخرى؛ مثل وجود جدران نيل Neel walls في المواد متعاكسة الكهرحديدية antiferro magnetic ووجود الانخلاعات في حالات البطاء الميكانيكية.

تمثِّل المساحات المحصورة ضمن عروة البطاء طاقة ضائعة energy loss، تظهر في حالة امتلاك المحولات قلباً مغنطيسياً على شكل حرارة لذلك تُنتقى المواد لتكون ذات مساحة عروة صغرى ، من جهة أخرى إذا كان الهدف الحصول على مغنطيس دائم فتنتقى المواد بحيث تكون المغنطة المتبقية عظمى، أما إذا أريد تعزيز الحقل المطبق من دون ضياع كبير في الطاقة تنتقى المواد ذات الحقول القاهرة الضعيفة، الشكل (5).

الشكل (5) عروة بطاء مغنطيسي لمواد معزِّزة للحقل المغنطيسي.

يوجد طبعاً ما يقابل هذه الاختيارات للمواد في المواد الكهرحديدية تبعاً للوظيفة المطلوبة باستعمال حقل كهربائي مكان الحقل المغنطيسي وخاصة في الأدوات الكهربصرية electro-optic devices. أما في حالة الخواص الميكانيكية فقد يتطلب الأمر التقسية المادة المنتقاة بحيث تكون حركة الانخلاعات صعبة، فتصنع عينات فيها مواقع تثبيت لهذه الانخلاعات بإيجاد أطوار في مناطق مختلفة.

فوزي عوض

مراجع للاستزادة:

-A. Banerjee, R. Ranjan, Cyclic Plasticity In Superalloys: An Experimental Approach, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018.

- G. Bertotti,”Hysteresis in Magnetism: For Physicists, Materials Scientists, and Engineers, Academic Pr. ,2011.- - W.D. Callistor, Jr."Fundamentals of Materials Science and Engineering", John Wiley & Sons , Inc., 2001.

- J. C. Dias, Hysteresis: Types, Applications and Behavior Patterns in Complex Systems (Materials Science and Technologies), Nova Science Pub Inc 2014.

- A.Visintin, Differential Models of Hysteresis, Springer (E-Book 2010).


التصنيف : الكيمياء والفيزياء
النوع : الكيمياء والفيزياء
المجلد: المجلد الخامس
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 31
الكل : 12092067
اليوم : 1087