Что такое гистерезис температуры?

Перед тем как обратиться непосредственно к вопросу о том, что такое гистерезис температуры, отметим, что hysteresis  в переводе с греческого языка означает отстающий, запаздывающий. Это свойство некоторых систем, например, физических, биологических, экономических, инженерных и других, которое состоит в том, что реакция на внешние воздействия зависит не только от текущего состояния, но и определено предысторией состояний системы. Наиболее часто с гистерезисом имеют дело в физике. Его рассматривают в таких формах как:

• магнитный гистерезис;
• гистерезис сегнетоэлектриков;
• упругий гистерезис.

            В инженерных технологиях явление гистерезиса рассматривается как свойство физических систем.  Таких как, например, термостаты котлов отопления, хронотермостаты, регулирующие температуру теплых полов и др. Температурный гистерезис заложен в логику термостата. Приведем пример. Считаем, что система имеет гистерезис. Гистерезис температуры равен 2 градусам. Тогда гистерезисом может называться величина при которой сигнал изменяется на противоположный или сам эффект перехода на противоположный сигнал, при котором влияние перехода осуществляется с некоторой задержкой. (Так, в момент, когда заданная температура достигнута и превышена, сигнал сменится на противоположный не сразу, а по достижении величины гистерезиса). Допустим, что заданная температура термостата С, при этом гистерезис температуры С. Если температура в помещении С термостат включается. Когда температура в помещении достигнет С термостат перейдет в выключенное состояние. Температура в помещении станет уменьшаться, когда она достигнет значения С термостат включится.

Гистерезис что это температуры

Термин «гистерезис» происходит от греческого слова «запаздывание» и означает появление задержки в развитии одного физического явления по отношению к другому. Гистерезис играет большую роль в технике и, в частности, в электронике. Он проявляется каждый раз, когда выполняется операция сравнения двух величин с некоторой точностью.

Суть данного явления можно пояснить на примере работы термостата независимо от наличия или отсутствия электронного регулятора. Рассмотрим термостат, настроенный на поддержание температуры 20 °С с помощью электрического нагревателя. Если бы управляющая нагревателем биметаллическая пластина, деформирующаяся при изменении температуры, не обладала гистерезисом, нагреватель включался бы и выключался очень часто, что приведет к быстрому износу контактов. В действительности регулятор включается при 19 °С, а выключается примерно при 21 °С. При этом механическая инерционность биметаллической пластины и тепловая инерционность нагревателя порождают явление гистерезиса, переключение режимов происходит с небольшой частотой, а температура в термостате колеблется в некотором интервале вблизи заданного значения (рис. 1 а).

Рис. 1. Схема реализации гистерезиса

В электронике все процессы развиваются гораздо быстрее, и нередко приходится искусственно создавать задержку для снижения частоты переключения. В качестве примера на рис .1 б приведена схема компаратора на базе операционного усилителя.

Устройство сравнивает регулируемое напряжение Uвх с опорным Uоп, которое задается с помощью батарейки. Результат сравнения выводится на светодиодный индикатор. Чтобы усилить проявление гистерезиса и снизить частоту мигания индикатора, используют резистор, через который часть выходного сигнала передается на вход операционного усилителя. При этом снижается коэффициент усиления каскада и задерживается включение и выключение индикатора.

Определение понятия

У слова «Гистерезис» греческие корни, оно переводится как запаздывающий или отстающий. Этот термин используется в разных сферах науки и техники. В общем смысле понятие гистерезис отличает различное поведение системы при противоположных воздействиях.

Это можно сказать и более простыми словами. Допустим есть какая-то система, на которую можно влиять в нескольких направлениях. Если при воздействии на неё в прямом направлении, после прекращения система не возвращается в исходное состояние, а устанавливается в промежуточном — тогда чтобы вернуть в исходное состояние нужно воздействовать уже в другом направлении с какой-то силой. В этом случае система обладает гистерезисом.

Иногда это явление используется в полезных целях, например, для создания элементов, которые срабатывают при определённых пороговых значениях воздействующих сил и для регуляторов. В других случаях гистерезис несёт пагубное влияние, рассмотрим это на практике.

Гистерезис в электротехнике

В электротехнике гистерезис — это важная характеристика для материалов, из которых изготавливаются сердечники электрических машин и аппаратов. Прежде чем приступать к объяснениям, давайте рассмотрим кривую намагничивания сердечника.

Изображение на графике подобного вида называют также петлей гистерезиса.

Важно! В данном случае речь идет о гистерезисе феромагнетиков, здесь это нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции материала от величины внешней магнитной индукции, которая зависит от предыдущего состояния элемента.

При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле. Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё.

Отчего зависит гистерезис? Соответственно сердечник изготавливается из металла, от его типа зависят его характеристики и кривая намагничивания.

Если использовать, например, каленную сталь, то гистерезис будет шире. При выборе так называемых магнитомягких материалов — график сузится. Что это значит и для чего это нужно?

Дело в том, что при работе такой катушки в цепи переменного тока ток протекает то в одном, то в другом направлении. В результате и магнитные силы, полюса постоянно переворачивается. В катушке без сердечника это происходит в принципе одновременно, но с сердечником дела обстоят иначе. Он постепенно намагничивается, его магнитная индукция возрастает и постепенно доходит до почти горизонтального участка графика, который называется участком насыщения.

После этого, если вы начнете изменять направление тока и магнитного поля, сердечник должен будет перемагнитится. Но если просто отключить ток и тем самым убрать источник магнитного поля, сердечник все равно останется намагниченным, хоть и не так сильно. На следующем графике это точка «А». Чтобы его размагнитить до исходного состояния нужно создать уже отрицательную напряженность магнитного поля. Это точка «Б». Соответственно ток в катушке должен протекать в обратном направлении.

Значение напряженности магнитного поля для полного размагничивания сердечника называется коэрцитивной силой и чем она меньше, тем лучше в данном случае.

Перемагничивание в обратном направлении будет проходить аналогично, но уже по нижней ветви петли. То есть при работе в цепи переменного тока часть энергии будет затрачиваться на перемагничивание сердечника. Это ведёт к тому что КПД электродвигателя и трансформатора снижается. Соответственно это приводит к его нагреву.

Важно! Чем меньше гистерезис и коэрцитивная сила, тем меньше потери на перемагничивание сердечника.

Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов. Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания.

Гистерезис в электронике

В электронных устройствах гистерезис несёт в основном полезные функции. Допустим это используется в пороговых элементах, например, компараторах и триггерах Шмидта. Ниже вы видите график его состояний:

Это нужно в тех случаях, чтобы устройство сработало при достижении сигнала X, после чего сигнал может начать уменьшаться и устройство не отключилось до тех пор, пока сигнал не упадет до уровня Y. Такое решение используется для подавления дребезга контакта, помех и случайных всплесков, а также в различных регуляторах.

Например, термостат или регулятор температуры. Обычно его принцип действия заключается в том, чтобы отключить нагревательный (или охладительный) прибор в тот момент, когда температура в помещении или другом месте достигла заданного уровня.

Рассмотрим два варианта работы кратко и просто:

1. Без гистерезиса. Включение и отключение при заданной температуре. При этом здесь есть нюансы. Если вы установили регулятор температуры на 22 градуса и обогреваете комнату до этого уровня, то как только в комнате будет 22 он выключится, а когда вновь опустится до 21 – включится. Это не всегда правильное решение, потому что ваш управляемый прибор будет слишком часто включаться и отключаться. К тому же в большинстве бытовых и многих производственных задачах нет нужды настолько четкой поддержки температуры.
2. С гистерезисом. Чтобы сделать некий зазор в допустимом диапазоне регулируемых параметров применяют гистерезис. То есть, если вы установили температуру в 22 градуса, то, как только она будет достигнута, обогреватель отключится. Допустим, что гистерезис в регуляторе установлен на зазор в 3 градуса, то обогреватель вновь заработает только тогда, когда температура воздуха опустится до 19 градусов.

Иногда этот зазор регулируется на ваше усмотрение. В простых исполнениях используются биметаллические пластины.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором рассказывается, что такое гистерезис и как его можно использовать:

Мы рассмотрели явление и применение гистерезиса в электрике. Итог следующий: в электроприводе и трансформаторах он несет пагубный эффект, а в электронике и разнообразных регуляторах находит и полезное применение. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Простой компьютерный блог для души)

Приветствую. MSI Afterburner — фирменный софт для разгона видеокарт NVIDIA/AMD. Позволяет регулировать напряжение питания GPU/видеопамяти, частоту видеоядра, количество оборотов вентилятора. Присутствует мониторинг текущих показателей.

Разгон предусматривает наличие некоторого опыта. Неопытном пользователям не советую увлекаться разгоном. Разгон это всегда работа в условиях, не предусмотренными производителем.

Разбираемся

Температурный гистерезис в MSI Afterburner — разница между температурой А, при которой произошло изменение количества оборотов вентилятора, и Б, при которой должно произойти следующее изменение.

Простыми словами — например температура видеокарты (GPU) поднялась до 65 градусов. Вентилятор начал крутиться сильнее. Теперь вентилятор изменит температуру только в случае изменения ее более чем на 5 градусов. Именно последнее значение и является температурным гистерезисом, значение которого можно изменить.

Свойства MSI Afterburner, вкладка Кулер. Опция Период обновления скорости кулера (в мс) позволяет указать интервал в миллисекундах проверки температуры для изменения количества оборотов вентилятора. 1000 миллисекунд равно 1 секунде. Например выставить 5000 — означает один раз в 5 секунд проверять изменение температуры для корректировки работы вентилятора.

Учтите, высокая температура видеокарты/процессора уменьшает срок работы. Решение — продумать охлаждение, заменить кулеры, почистить радиаторы. Радикальный и лучший вариант — установить водяное охлаждение (плюс бесшумность).

Возможно это только тема оформления. С одной стороны эффектно. С другой — разгон видеокарты — серьезное дело, требует определенного опыта. Поэтому внешний вид можно было сделать попроще и посерьезнее (мое мнение). На вкладке Кулер внизу присутствует галочка — Форсировать обновление скорости кулера на каждом периоде. Точное значение галочки узнать не удалось, везде одно описание — для лучшей совместимости программного управления вентилятором с некоторыми проблемными драйверами.

Вывод

1. Температурный гистерезис в MSI Afterburner — допустимое значение, при котором скорость кулера меняться не будет. Например 10 градусов: если температура изменится плюс/минус 10 градусов, тогда скорость вращения кулера останется прежней. Если уже на 11 градусов и более — будет изменение в соответствии с показателем температуры. Мое мнение — оптимальное значение — 2 градуса.
2. Период обновления скорости — интервал проверки температуры видеокарты для изменения работы вентилятора. Советую также устанавливать значение 2, точнее — 2000 мс.

Вышеперечисленные значения позволят каждые 2 секунды проверять температуру и применять меры в виде усиления работы вентилятора, либо уменьшении.

Что такое гистерезис температуры?

Автоматизация на естественной тяге.

Практически все современные котлы можно оснастить регулятором тяги который при помощи металлической цепочки будет изменять положение заслонки, поддерживая заданную температуру теплоносителя. Для этого на котле должен быть специальный разъем с внутренней резьбой в наружной части рубашки. Для термостатического регулятора Regulus RT-3 размер составляет ¾.

Принцип работы термостатического регулятора Regulus RT-3.

При уменьшении температуры ниже заданного значения, срабатывает термостат, головка поворачивается, цепь на рычаге натягивается, поднимая заслонку. Когда температура повысилась до заданного значения, головка поворачивается в обратную сторону и заслонка опускается, тем самым ограничивая доступ воздуха в топку. Таким образом котел работает в заданном Вами диапазоне температур.

Регулятор Regulus RT-3 состоит из погружаемой гильзы (термостата), пластиковой головки на которую нанесены 2 шкалы: для вертикального и горизонтального положения регулятора, рычага и цепочки.

Чтобы установить регулятор тяги, выполните следующие действия:

• сначала вкрутите регулятор в разъем котла, предварительно сделав обмотку, чтобы не было утечки воды;
• выставьте нужную температуру на шкале пластиковой головки;
• установите рычаг с цепочкой;
• нагрейте котел до нужной Вам «нижней температуры»;
• установите заслонку в положение не закрытое на 1-2 м, и натяните цепочку.

Автоматизировав котел посредством регулятора тяги, Вы получите более «плавную» работу котла. Расход топлива можно уменьшить до 15%. Еще следует отметить энергонезависимость и невысокую цену данного приспособления.

Автоматизация «на турбине».

Практически все модели дорогих и экономичных котлов уже автоматизированы, т.е. оснащены вентилятором и командо-контроллером. Модели бюджетные либо базовые (без дополнительных опций) продаются без автоматики. Можно эксплуатировать котел в «базовой» комплектации, а можно за дополнительные деньги автоматизировать. Нужно ли Вам это, читайте ниже.

Для полного сжигания топлива необходимо определенное количество кислорода. Если кислорода недостаточно, топливо не перегорает полностью, соответственно получаем перерасход, загрязнение колосников и газоходов. Топка котла рассчитана на объем топлива и объем воздуха необходимого для горения. Если топлива загрузили больше, влажность дров высокая, то воздуха для сгорания необходимо больше. Также чем больше воздуха, тем меньше конденсата в котле и дымоходе. Увеличивать топку не выход, поэтому использование вентилятора, как источника принудительной тяги позволяет значительно увеличивать количество поступаемого в топку воздуха.

Оснащая котел вентилятором, получаем следующие преимущества:

• полное сгорание топлива;
• возможность использования топлива повышенной влажности;
• использование некачественного топлива;
• уменьшение образования конденсата;
• гибкая регулировка мощности.

Выгода в том, что используя вентилятор, мы увеличиваем КПД котла. Но поставив вентилятор, не означает, что котел автоматизирован. Ток на вентилятор пропускают через регулятор температуры (командо-контроллер, блок управления).

Управление работой вентилятора осуществляется через него.

Рассмотрим основные функции, которые выполняет регулятор температуры:

• регулировка количества оборотов ( мощности) вентилятора;
• снятие и отображение на экране текущей температуры теплоносителя;
• включение и выключение вентилятора при заданных пользователем значений температуры;
• включение и выключение насоса при заданных пользователем значений температуры.

У разных производителей функции регулятора температуры могут добавляться, например функция регулировки работы насоса контура ГВС, механизм подачи топлива и т. д.



Принцип действия.

Регулятор температуры – это электронный блок с проводами. Оснащен вилкой для подключения к сети переменного тока. Один из проводов имеет медный наконечник – это так называемая термопара- термостатический передатчик температуры. Наконечник должен быть всегда в соприкосновении с теплоносителем. Это нужно для передачи текущего значения температуры. Следующий провод подключается к насосу, а провод с разъемом к вентилятору. Электронный блок оборудован экраном и кнопками. С помощью кнопок выставляется требуемые значения температуры выключения вентилятора и температуры включения насоса, скорость оборотов вентилятора и другие параметры. Все данные отображаются на экране.

При достижении установленной температуры котла, регулятор температуры выключает вентилятор. При понижении температуры котла ниже установленной на значение гистерезиса котла, регулятор температуры снова включает вентилятор.

Гистерезис температуры котла – это значение, которое показывает разницу между установленной температурой котла и температурой котла, при охлаждении до которой регулятор температуры снова включит вентилятор.

При достижении температуры котла равной установленной Температуре включения насоса, регулятор температуры включает насос центрального отопления. При понижении температуры котла до температуры, ниже установленной Температуры включения насоса на значение Гистерезиса температуры включения насоса, регулятор температуры осуществляет выключение насоса центрального отопления.

Гистерезис температуры включения насоса – это значение, которое показывает разницу между установленной температурой включения насоса центрального отопления и температурой котла, при охлаждении до которой, регулятор температуры выключит насос центрального отопления.

Значение гистерезиса обычно задается заводскими настройками производителя и равно 3-5°С.

Таким образом, пока котел не затух, температура теплоносителя поддерживается в пределах заданного значения.

Использование вентилятора с регулятором температуры позволяет поддерживать постоянную температуру в доме и экономить до 35% топлива.

Единственный недостаток зависимость от электроэнергии.

Внимание! Приобретая автоматику обязательно проконсультируетесь с продавцом, предусмотрен ли монтаж на выбранную Вами модель котла.

Обязательна ли установка группы безопасности на котел?

Группа безопасности котла представляет собой манометр, для отображения давления в котле, клапан, который открывается и сбрасывает наружу теплоноситель при достижении заданного давления и клапан для удаления воздуха. Устанавливается на выходе из котла либо на сам котел. Как правило, многие производители размещают на верхней части котла разъем для группы безопасности.



При нагревании воды происходит серьезное увеличение ее объема и давления. Даже после полного перекрытия подачи кислорода в топку температура воды в отопительном контуре может расти еще достаточно долгое время. Это обусловлено большей теплоемкостью дерева по сравнению с газом. Так что при сильном перегреве, излишки воды в открытой системе просто выльются через отводящую трубку расширительного бачка. Если же применяется закрытая система, избыточное давление в трубах может привести к их разрыву.

Использование твердотопливных котлов в закрытых системах обязывает устанавливать группу безопасности.

Приветствую. MSI Afterburner — фирменный софт для разгона видеокарт NVIDIA/AMD. Позволяет регулировать напряжение питания GPU/видеопамяти, частоту видеоядра, количество оборотов вентилятора. Присутствует мониторинг текущих показателей.

Разгон предусматривает наличие некоторого опыта. Неопытном пользователям не советую увлекаться разгоном. Разгон это всегда работа в условиях, не предусмотренными производителем.

Разбираемся

Температурный гистерезис в MSI Afterburner — разница между температурой А, при которой произошло изменение количества оборотов вентилятора, и Б, при которой должно произойти следующее изменение.

Простыми словами — например температура видеокарты (GPU) поднялась до 65 градусов. Вентилятор начал крутиться сильнее. Теперь вентилятор изменит температуру только в случае изменения ее более чем на 5 градусов. Именно последнее значение и является температурным гистерезисом, значение которого можно изменить.

Свойства MSI Afterburner, вкладка Кулер. Опция Период обновления скорости кулера (в мс) позволяет указать интервал в миллисекундах проверки температуры для изменения количества оборотов вентилятора. 1000 миллисекунд равно 1 секунде. Например выставить 5000 — означает один раз в 5 секунд проверять изменение температуры для корректировки работы вентилятора.

Учтите, высокая температура видеокарты/процессора уменьшает срок работы. Решение — продумать охлаждение, заменить кулеры, почистить радиаторы. Радикальный и лучший вариант — установить водяное охлаждение (плюс бесшумность).

Внешний вид:

Возможно это только тема оформления. С одной стороны эффектно. С другой — разгон видеокарты — серьезное дело, требует определенного опыта. Поэтому внешний вид можно было сделать попроще и посерьезнее (мое мнение).На вкладке Кулер внизу присутствует галочка — Форсировать обновление скорости кулера на каждом периоде. Точное значение галочки узнать не удалось, везде одно описание — для лучшей совместимости программного управления вентилятором с некоторыми проблемными драйверами.

Гистерезис терморегулятора что это?

Прежде чем говорить: «Гистерезис терморегулятора, что это такое?», давайте вспомним, что такое гистерезис. В переводе с греческого языка гистерезис – отстающий. Гистерезисом называют свойство разного рода систем в физике, биологии, социологии, экономике, технике и других реагировать на внешнее воздействие в зависимости от текущего состояния и предыстории состояний. Теперь определим, что такое терморегулятор. Это устройство для автоматического управления (регулирования) обогревающего (охлаждающего) оборудования. С его помощью осуществляется поддержка температуры на том уровне, который необходим. В настоящее время большинство устройств по регулированию и контролю температуры систем обогрева обладают настройкой температуры и настройкой гистерезиса. В терморегуляторах гистерезисом называют величину температуры, при которой сигнал изменяется на противоположный. И само явление, при котором осуществляется задержка переключения сигнала в зависимости от величины влияния. Терморегуляторы имеют разные пороги включения и выключения, эта система имеет температурный гистерезис. Он дает возможность уменьшит частоту переключения, например, на повышение температуры в обогревателе. Но при этом следует помнить, что чем больше величина гистерезиса, тем больше скачок температуры.
И так, пусть терморегулятор в настройке имеет температуру . Его гистерезис . До включения обогревающего оборудования (и соответственно терморегулятора) температура в комнате была . Обогрев включили. Когда температура в помещении достигнет , терморегулятор даст сигнал нагревающему оборудованию на выключение. Температура в комнате начнет уменьшаться, когда она станет равна , то терморегулятор подаст сигнал о включении.

потери на гистерезис

Смотреть что такое «потери на гистерезис» в других словарях:

• потери на гистерезис — histerezės nuostoliai statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hysteresis losses vok. Hysteresisverluste, m rus. потери на гистерезис, f pranc. pertes hystérésis, f … Automatikos terminų žodynas

• потери на гистерезис — Потери мощности в магнитном материале вследствие гистерезиса при перемагничивании … Политехнический терминологический толковый словарь

• потери на гистерезис при вращательном перемагничивании — — Тематики электротехника, основные понятия EN rotating hysteresis losses … Справочник технического переводчика

• удельные магнитные потери на гистерезис — потери на гистерезис Часть удельных магнитных потерь, обусловленная явлением магнитного гистерезиса. Тематики материалы магнитные Синонимы потери на гистерезис EN specific hysteresis losses DE spezifische Hystereseverluste FR… … Справочник технического переводчика

• малые потери на гистерезис — — Тематики электротехника, основные понятия EN low hysteresis losses … Справочник технического переводчика

• ПОТЕРИ МАГНИТНЫЕ — электромагн. энергия, превращающаяся в теплоту в ферромагн. телах при периодич. перемагничивании их переменным магн. полем. П. м. Q за 1 цикл перемагничивания где V объём перемагничиваемого тела, H напряжённость магн. поля, В магн. индукция, jB… … Физическая энциклопедия

• ГИСТЕРЕЗИС — (от греч. hysteresis отставание, запаздывание), явление, к рое состоит в том, что физ. величина, характеризующая состояние тела (напр., намагниченность), неоднозначно зависит от физ. величины, характеризующей внеш. условия (напр., магн. поля). Г … Физическая энциклопедия

• потери на магнитный гистерезис — — Тематики электротехника, основные понятия EN magnetic hysteresis losses … Справочник технического переводчика

• потери энергии на гистерезис — — Тематики электротехника, основные понятия EN hysteresis energy … Справочник технического переводчика

• ГИСТЕРЕЗИС — (от греч. hysteros более поздний), название, даваемое ряду явлений, объединяемых тем общим свойством, что определенная величина является зависимой от предшествующего состояния исследуемой системы. Г. магнитный. Если поместить железный стержень… … Большая медицинская энциклопедия

Расчет потерь на гистерезис и формула Штейнметца

Все темы данного раздела:

Общая характеристика магнитного поля
Фарадей, один из творцов современного учения об электри­ческих и магнитных явлениях, своими открытиями и опытными исследованиями, а также глубоким анализом этих явлений вложил физическое с

Основные определения и соотношения
В настоящем параграфе мы даем сводку определений и соотно­шений, которыми обычно пользуются при количественном описании различных свойств магнитного поля или, иными словами, магнитного потока. Так

Магнитный поток
Представим себе произвольный замкнутый контур и некоторую поверхность s, ограничиваемую этим контуром. Полная магнитная индукция сквозь рассматриваемую поверхность s, т. е. поверхност

Принцип непрерывности магнитного потока. Опыты Фарадея
Фарадею принадлежит заслуга установления очень важного принципа, соблюдающегося во всех случаях существования магнит­ного потока. Это — принцип замкнутости или непрерывности магнит­ных линий

Анализ опытов Фарадея
Выше мы указали, что во время своих опытов по установлению принципа непрерывности магнитного потока Фарадей пришел к заключению, что, при вращении магнита вокруг его геометриче­ской оси, магнитный

Математическая формулировка принципа непрерывности магнитного потока
Итак, мы видели, что обоснование принципа замкнутости магнитного потока, предложенное Фарадеем, вызвало целый ряд сом­нений, которые до сих пор не могли быть разрешены путем непо­средственных экспе

Формулировка закона электромагнитной индукции
Фарадей, открывший в 1831 году явления электромагнитной индукции, в XXVIII серии своих „Опытных Исследований по Электричеству» в § 3115 устанавливает следующее основное положение: „..

Вопрос об условиях тождественности фарадеевской и максвелловской формулировок закона электромагнитной индукции
Указанный вопрос имеет весьма важное значение для правильного понимания того, что происходит во всех электромагнитных меха­низмах. Недостаточно отчетливое понимание существа дела нередко приводило

Случай изменяемого контура
В качестве еще одного примера приведем опыт, проделанный автором настоящей книги в 1901 году с целью уяснения основного закона электромагнитной индукции. Было взято железное кольцо А

Индукции
Итак, чрезвычайно важно помнить, что две рассматриваемые формулировки (7) и (8) тождественны лишь при условии непрерыв­ности и определенности проводящего контура. В случае каких-либо переключений в

О преобразованиях магнитного потока
Во всех без исключения электромагнитных механизмах (динамомашинах, электродвигателях и т. п.) всегда вообще, когда мы имеем дело с преобразованием механической энергии в энергию электрического тока

Механизм перерезывания магнитных линий проводником
Основываясь на данном в § 11 общем анализе основных слу­чаев преобразования магнитного потока, мы обратимся теперь к вопросу о механизме электромагнитной индукции тока и покажем, как надлежит предс

Преобразования магнитного потока в трансформаторе
Рассмотрим теперь явления, происходящие в трансформаторе. Здесь мы имеемдве обмотки, электрически между собой не связан­ные, намотанные на один общий железный сердечник. Ради упроще­ния схем

Роль магнитных экранов
Рассмотрим теперь некоторые примеры магнитного экранирова­ния. Принцип непрерывности магнитных линий помогает нам разобраться в сущности явлений, происходящих в этихслучаях.

Проблема бесколлекторной машины постоянного тока
В заключение наших рассуждений о различных случаях электро­магнитной индукции тока займемся вопросом о возможности осу­ществления бесколлекторной машины постоянного тока.

Магнитная цепь
Из изложенного в предыдущих параграфах мы знаем, что ма­гнитный поток всегда проходит по некоторой замкнутой цепи. Та­кая „магнитная цепь», или „магнитопровод», имеется во всяком электром

Линейный интеграл магнитной силы
Закон магнитодвижущей силы. Представим себе некоторую точку A1 расположенную в магнитном поле (рис. 48).

Приближенное выражение закона магнитной цепи
Необходимо еще раз подчеркнуть, что соотношение, выражаемое формулами (11) и (12), является совершенно точным, столь же точ­ным, как и аналогичный ему закон Ома. Иногда приходится встре­чать указан

Энергия магнитного потока
Понятие о присущей магнитному потоку энергии является важным в учении о природе магнитных явлений. В начальный период развития науки о магнитных явлениях совершенно не уделялось внимания той среде,

Индукции)
В начале настоящего курса говорилось, что мы мыслим магнит­ный поток состоящим из магнитных линий, т. е. из ряда элементар­ных (единичных) трубок магнитной индукции. Отсюда следует, что н полную эн

Подъемная сила магнита
Разберем несколько примеров, где полученные нами формулы находят себе практическое применение. Рассчитаем в виде первого примера подъемную силу электро­магнита. Имеем магнитный полюс N

Отрывной пермеаметр
Выведенные соотношения нахо­дят, между прочим, применение в теории отрывных пермеаметров, т. е. приборов, служащих для исследования магнитных свойств железа, Исследование сводится к построению крив

Природа электромагнитной силы
Объяснение механических действий магнитного поля тяжением магнитных линий предоставляет возможность дать весьма простое физическое толкование причин возникновения электромагнитной силы, т. е. силы

Боковой распор магнитных линий
Чтобы покончить с вопросом о механических свойствах магнитного потока, остановимся еще на одном явлении, сопутствующем тяжению магнитных линий. Из рисунка 59 ясно, что если придер­живаться представ

Преломление магнитных линий
Остановимся теперь на явлениях, имеющих место при переходе магнитного потока из одной среды в другую, обладающую иными магнитными свойствами (m1¹m2). Когд

Принцип инерции магнитного потока
Общие аналогии. В заключение главы о свойствах магнитного потока вкратце остановимся на некоторых общих соображениях и механических аналогиях, позволяющих взглянуть на магнитный поток с ново

Потока. Флюксметр
Как известно, между проводником с током, помещенным во внешнее магнитное поле, и полем наблюдается сила механического взаимодействия, так называемая электромагнитная сила, величина которой определя

Роль вещества в магнитном процессе
Как известно, на явления, в магнитном поле наблюдаемые, влияют особые качества вещества, заполняющего пространство, в котором существует поле. Вещество так или иначе участвует во всех маг­нитных пр

Фиктивность «магнитных масс»
Внешним признаком участия вещества в магнитных явлениях принято считать так называемые „магнитные массы», которые мы обычно приписываем тем частям поверхности тела (полюсам), через которые маг

Общая характеристика магнитных материалов
В предыдущем параграфе было в достаточной степени выяснено, что участие вещества в тех процессах, которые имеют место в маг­нитном поле, выражается не в том, что отдельные элементы веще­ства облада

Магнитный цикл
Рассмотрим процесс переменного намагничения какого-либо фер­ромагнитного материала. Методы осуществления переменного намаг­ничения весьма разнообразны. Наиболее простым в смысле условий намагничени

Материала
Форма гистерезисной петли весьма характерна для каждого дан­ного материала. Как видно из сказанного выше, площадь, охватываемая кривой, зависит от величины остаточной магнитной индук­ции Br

Гипотеза вращающихся элементарных магнитов
Рассмотренные выше явления гистерезиса, а также многие иные особенности поведения ферромагнитных материалов в случае их намагничения можно с большим правдоподобием объяснить изме­нениями в ориентир

Магнитное насыщение
Итак, мы имеем достаточно данных признать, что гипотеза вращающихся элементарных магнитов вместе с вытекающей из нее юинговской моделью магнитного вещества может быть положена нами в основу наших п

Влияние сотрясений на магнитные свойства
Попытаемся теперь при помощи гипотезы элементарных магни­тов объяснить влияние на магнитные свойства материалов не­которых внешних факторов, например, механических сотрясений, нагрева и т. д.

Влияние температурных условий на магнитные свойства вещества
Еще со времен Гильберта было известно, что железо и сталь теряют свои магнитные свойства, будучи нагреты до светло-красного каления. Они при этом перестают намагничиваться и не притягиваются магнит

Магнитная вязкость
С точки зрения гипотезы Ампера-Юинга мы рассматриваем всякий магнитный материал как совокупность элементарных маг­нитов. Процесс намагничения мы понимаем как изменение направ­ления осей этих элемен

Изменение размеров тел при намагничении
Заранее можно предвидеть, что перегруппировки элементарных: магнитов при намагничении могут вызвать некоторые изменения. в размерах намагничиваемого тела. Опыт показывает, что подобное изменение ра

Гистерезис вращения
Опыт показывает, что величина потерь на гистерезис, вообще говоря, зависит от того, каким, именно, образом происходит перемагничивание. Это явление до­вольно просто объясняется с точки зрения гипот

Некоторые магнитные свойства железа и его сплавов
В заключение мы остановимся на некоторых магнитных свой­ствах железа и его сплавов. Вообще говоря, в обычной практике мы пока еще редко пользуемся железом в чистом виде, а применяем его соед

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора магнитной индукции в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от истории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. При полной ориентации всех доменов в направлении внешнего поля (ферромагнетик становится «однодоменным») достигается состояние насыщения. При выключении внешнего поля происходит некоторое уменьшение намагниченности вследствие теплового движения в кристалле, однако ферромагнетик остается намагниченным, так как при невысоких температурах энергия теплового движения сравнительно невелика и ее недостаточно для полной разориентации доменов.

Эти процессы требуют больших энергетических затрат и являются нелинейными. Кривая размагничивания ферромагнетика не совпадает с кривой намагничивания. Изменение намагниченности ферромагнетика (и индукции поля в нем) запаздывает по отношению к изменению напряженности внешнего поля. Это явление называется гистерезисом. При уменьшении напряженности внешнего поля до нуля, индукция поля в магнетике не равна нулю, ее величина называется остаточной индукцией Во. Чтобы полностью размагнитить магнетик, надо изменить направление внешнего поля на противоположное, и увеличивать его. При некотором значении напряженности «обратного» поля Нс, называемом коэрцитивной силой, магнетик полностью размагничивается. Замкнутая кривая, отражающая процесс перемагничивания ферромагнетиков, называется петлей гистерезиса (рис.1).

Рис.1. Петля гистерезиса

На данном графике точки В и С характеризуют состояние насыщения. Величина остаточной индукции характеризуется отрезком B0.

Коэрцитивная сила определяется точкой пересечения петли гистерезиса с осью напряженности магнитного поля. По величине коэрцитивной силы ферромагнетики разделяются на мягкие и жесткие магнитные материалы.

Жесткие ферромагнетики используются для постоянных магнитов, они имеют большую остаточную намагниченность и широкую петлю гистерезиса.

Мягкие ферромагнетики применяются в приборах и установках, работающих с переменными электромагнитными полями, где требуется частое перемагничивание при минимальных энергетических потерях (например, в сердечниках трансформаторов). Для них характерна небольшая остаточная намагниченность и узкая петля гистерезиса.

Магнитный гистерезис Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — «отстающий») — свойство систем (обычно физических), которые не сразу следуют приложенным силам. Реакция этих систем зависит от сил, действовавших ранее, то есть системы зависят от собственной истории.

Температурный гистерезис — что это в MSI Afterburner?

Приветствую. MSI Afterburner — фирменный софт для разгона видеокарт NVIDIA/AMD. Позволяет регулировать напряжение питания GPU/видеопамяти, частоту видеоядра, количество оборотов вентилятора. Присутствует мониторинг текущих показателей.

Разгон предусматривает наличие некоторого опыта. Неопытном пользователям не советую увлекаться разгоном. Разгон это всегда работа в условиях, не предусмотренными производителем.

Разбираемся

Температурный гистерезис в MSI Afterburner — разница между температурой А, при которой произошло изменение количества оборотов вентилятора, и Б, при которой должно произойти следующее изменение.

Простыми словами — например температура видеокарты (GPU) поднялась до 65 градусов. Вентилятор начал крутиться сильнее. Теперь вентилятор изменит температуру только в случае изменения ее более чем на 5 градусов. Именно последнее значение и является температурным гистерезисом, значение которого можно изменить.

Свойства MSI Afterburner, вкладка Кулер. Опция Период обновления скорости кулера (в мс) позволяет указать интервал в миллисекундах проверки температуры для изменения количества оборотов вентилятора. 1000 миллисекунд равно 1 секунде. Например выставить 5000 — означает один раз в 5 секунд проверять изменение температуры для корректировки работы вентилятора.

Учтите, высокая температура видеокарты/процессора уменьшает срок работы. Решение — продумать охлаждение, заменить кулеры, почистить радиаторы. Радикальный и лучший вариант — установить водяное охлаждение (плюс бесшумность).

Внешний вид:

Возможно это только тема оформления. С одной стороны эффектно. С другой — разгон видеокарты — серьезное дело, требует определенного опыта. Поэтому внешний вид можно было сделать попроще и посерьезнее (мое мнение).На вкладке Кулер внизу присутствует галочка — Форсировать обновление скорости кулера на каждом периоде. Точное значение галочки узнать не удалось, везде одно описание — для лучшей совместимости программного управления вентилятором с некоторыми проблемными драйверами.

Вывод

Мы выяснили:

1. Температурный гистерезис в MSI Afterburner — допустимое значение, при котором скорость кулера меняться не будет. Например 10 градусов: если температура изменится плюс/минус 10 градусов, тогда скорость вращения кулера останется прежней. Если уже на 11 градусов и более — будет изменение в соответствии с показателем температуры. Мое мнение — оптимальное значение — 2 градуса.
2. Период обновления скорости — интервал проверки температуры видеокарты для изменения работы вентилятора. Советую также устанавливать значение 2, точнее — 2000 мс.

Вышеперечисленные значения позволят каждые 2 секунды проверять температуру и применять меры в виде усиления работы вентилятора, либо уменьшении.

Надеюсь информация помогла. Удачи и добра.

Температурный гистерезис что это

Любой электромагнитный сердечник после действия электрического тока какое-то время сохраняет магнитное поле (остаточный магнетизм). Эта величина зависит от свойств материала, но остаточный магнетизм всегда имеется. Чтобы перемагнитить сердечник, необходим магнитный поток обратного направления. Изменение магнитной индукции не успевает за изменением магнитного потока. Эта задержка по времени намагничивания сердечника из-за изменения направления магнитных потоков и именуется как гистерезис.

Чтобы понять всю сущность этого явления, необходимо рассмотреть способность веществ к намагничиванию.

Магнитные свойства веществ

Все вещества в окружающей нас природе в той или иной мере обладают магнитными свойствами. Еще в глубокой древности была известна удивительная способность некоторых минералов притягивать железные предметы. Среди многочисленных навигационных приборов, необходимых для прокладывания курса корабля или самолета, обязательно присутствует магнитный компас.

В точнейших измерительных приборах к числу основных деталей относятся постоянные магниты. Известно, что сильными магнитными свойствами обладает не только железо. Сюда входят кобальт, никель, сплавы на их основе и некоторые редкоземельные элементы. Все эти вещества и сплавы называют ферромагнетиками. Объединяет их способность к самопроизвольной спонтанной намагниченности.

Это свойство ферромагнетиков используют при создании постоянных магнитов. Наличие в атомах вещества нескомпенсированных магнитных моментов является необходимым условием возникновения ферромагнетизма.

В опыте Эйнштейна по величине закручивания при намагничивании образца было доказано, что ферромагнетизм связан со спиновыми магнитными моментами электронов. Обменное взаимодействие электронов при определенных соотношениях диаметра атома и внутренней незаполненной оболочки приводят к параллельной ориентации спинов.

Она возможна только при положительном значении интеграла обменной энергии.

В конечном счете, в ферромагнетике устанавливается такая ориентация спинов, которая обеспечивает минимальное значение суммы энергий магнитного и обменного взаимодействия.

Область с однородной спонтанной намагниченностью называют доменом. Энергетически наиболее выгодно такое расположение доменов, при котором они создают замкнутую магнитную цепь.

Между соседними доменами с различным направлением намагниченности имеются переходные слои, называемые границами или стенками домена. В них происходит постепенный поворот вектора намагниченности.

Ферромагнитные свойства у веществ существуют только в определенной области температуры. Температура, при которой ферромагнетики полностью теряют ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри. Форму и величину доменов на поверхности ферромагнетика можно увидеть под микроскопом

В элементарной кристаллической ячейке железа ребра куба соответствуют направлению наиболее легкого намагничивания кристалла железа. Диагонали граней определяют направление среднего намагничивания.

Направление наиболее трудного намагничивания совпадает с диагоналями куба. Площадь на графике характеризует энергию магнитной анизотропии.

При отсутствии внешнего поля магнитные моменты доменов ориентированы по направлениям легкого намагничивания. В целом образец размагничен.

В слабых полях происходит рост доменов, направление намагниченности которых составляет меньший угол с направлением внешнего поля.

Этот процесс обратим. Если внешнее поле убрать, образец размагнитится. При увеличении внешнего поля происходит дальнейший рост доменов, который приостанавливается из-за дефектов кристалла. Когда поле достигает определенной величины, стенки растущих доменов скачком преодолевают препятствие. За счет этого препятствия кривая намагниченности имеет ступенчатый характер.

Скачкообразные изменения намагниченности создают в катушке соленоида импульсы напряжения. С дальнейшим увеличением поля вектор намагниченности поворачивается от оси легкого намагничивания в сторону внешнего поля, пока они не совпадут.

Гистерезис

Этот участок называют областью технического насыщения ферромагнетика, а соответствующую величину поля, полем насыщения. Если от этой величины поле уменьшить до нуля, в образце сохранится остаточное намагничивание.

Гистерезис – это явление отставания намагниченности от напряженности внешнего поля. Замыкающие домены, создавая замкнутую магнитную цепь, снижают поля рассеивания и уменьшают свободную энергию образца.

Его определяют, как разность величин магнитного насыщения ферромагнетика и намагниченности замыкающих доменов. Чтобы размагнитить образец, необходимо приложить к нему отрицательное поле, называемое коэрцитивной силой. Когда поле достигнет величины насыщения, произойдет полное перемагничивание ферромагнетика.

На графике можно определить еще одно свойство, которое имеет гистерезис. При очередном изменении поля кривая намагничивания замыкает петлю, которую называют петлей гистерезиса.

Гистерезисная петля для условия насыщения называется предельной петлей. Ее площадь пропорциональна потерям энергии на перемагничивание образца. Ферромагнетики намагничиваясь, изменяют свои линейные размеры. Это явление называют магнитострикцией.

Выделяются две основные группы ферромагнитных материалов:

1. Магнитотвердые.
2. Магнитомягкие.

Одно из основных требований к магнитомягким материалам – их высокая коэрцитивная сила. Магнитомягкие материалы намагничиваются до насыщения при небольших полях и имеют малые потери на перемагничивание. От этих параметров зависит потеря энергии трансформатора.

Например, в линии электропередач мощностью 100 х 10 6 ВА с трансформаторами на концах, ежегодные потери составляют около 5 миллионов киловатт-часов. Одним из лучших представителей магнитомягких материалов считают пермаллой – сплав железа и никеля. Намагниченность пермаллоя в слабых полях в десятки раз превосходит намагниченность железа. Магнитные упорядоченные структуры в некоторых веществах отличаются от магнитной структуры ферромагнетиков.

Если в железе, кобальте и никеле спиновые магнитные моменты направлены параллельно, то в хроме и марганце – антипараллельно. Такие вещества называют антиферромагнетиками.

В данном случае магнитные подрешетки с самопроизвольной намагниченностью компенсированы. Если в кристаллах вещества нет полной компенсации магнитных подрешеток, то его называют ферримагнетиком. Феррит – один из примеров ферримагнетиков, который широко используют в технике. Структура ферритов подобна структуре минералов шпинели, в котором ионы неферромагнитных металлов заменены ферромагнитными.

Гистерезис в электротехнике и электронике

Из многообразия примеров использования ферромагнитных материалов расскажем о применении их в запоминающих устройствах. Для оперативного запоминания информации используют память на ферритовых кольцах. Одного ферритового сердечника достаточно для запоминания одного бита информации. В качестве долговременных запоминающих устройств большой емкости служат специальные магнитные диски (триггеры Шмидта).

Также он используется в специальных гистерезисных электромоторах, устройствах шумоподавления (дребезг контактов, колебания и т.д.) при коммутации логических схем.

Во многих электронных устройствах существует тепловой гистерезис. Во время работы приборы нагреваются, а после охлаждения некоторые свойства уже не принимают начальные значения. При нагреве микросхемы, печатной платы, кристаллы полупроводников расширяются, появляется механическое напряжение. При охлаждении это напряжение в какой-то мере остается.

Гистерезис является комплексным понятием процессов, происходящих в системах и веществах, которые способны в себе накапливать различную энергию, при этом скорость и интенсивность ее нарастания отличается от кривой ее убывания при снятии воздействия. В переводе же с греческого языка понятие гистерезис переводится как отставание, поэтому и понимать его следует как запаздывание одного процесса по отношению к другому. При этом совсем необязательно, чтобы эффект гистерезиса был характерен только магнитным средам.

Это свойство проявляется во многих других система и средах:

Особенно часто используют понятие при осуществлении регулирования температурных режимов в системах отопления.

Особенности физического явления

Мы же остановимся именно на гистерезисе в электронной технике, связанным с магнитными процессами в различных веществах. Он показывает, как себя ведет тот или другой материал в электромагнитном поле, а это тем самым позволяет строить графики зависимости и снимать какие-то показания сред, в которых находятся эти самые материалы. Например, этот эффект используется в работе терморегулятора.

Рассматривая более подробно понятие гистерезиса и эффект с ним связанный, можно заметить такую особенность. Вещество, обладающее такой особенностью, способно переходить в насыщение. То есть, это то состояние, при котором оно больше не способно накапливать в себе энергию. А при рассмотрении процесса на примере ферромагнитных материалов энергия выражается намагниченностью, которая возникает благодаря имеющейся магнитной связи между молекулами вещества. А они создают магнитные моменты – диполи, которые в обычном состоянии направлены хаотически.

Намагниченность в данном случае – это принятие магнитными моментами определенного направления. Если же они направлены хаотически, то ферромагнетик считается размагниченным. Но когда диполи направлены в одну сторону, то материал намагничен. По степени намагниченности сердечника катушки можно судить о величине магнитного поля, создаваемого током, протекающим по ней.

Физический процесс при гистерезисе

Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:

• Магнитное поле – это среда, которая создается линиями магнитной индукции, образованными током, протекающим по проводнику или созданные строго направленными магнитными моментами в постоянном магните.
• Вектор магнитной индукции – величина, указывающая направление распространения магнитного поля, обозначается большой буквой В.
• Намагниченность – состояние вещества, при котором в нем еще остались направленные магнитные диполи. В физике и электротехнике обозначается буквой М.
• Напряженность магнитного поля – величина, характеризующая разницу между В и М, обозначается буквой Н.

Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:

• железо;
• кобальт;
• никель;
• соединения на их основе.

Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.

Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.

Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1. При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала. Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.

После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным. Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении. Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.

Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.

При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.

Гистерезис в разных материалах

Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.

Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.

При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.

Что влияет на петлю гистерезиса?

Казалось бы, гистерезис – это больше внутренний эффект, который не виден на поверхности материала, но он сильно зависит не только от типа самого материала, но и от качества и вида его механической обработки. Например, железо переходит в насыщение при напряженности равной 1 э, а сплав магнико достигает своей критической точки только при 580 э. Чем больше дефектов на поверхности материала, тем требуется больше напряженность магнитного поля, чтобы вывести его в насыщение.

В результате намагничивания и размагничивания в материале выделяется тепловая энергия, которая равна площади петли гистерезиса. Также к потерям в ферромагнетике можно отнести действие вихревых токов и магнитной вязкости вещества. Это обычно наблюдается при изменении частоты магнитного поля в большую сторону.

В зависимости от характера поведения ферромагнетика в среде с магнитным полем, различают статический и динамический гистерезис. Первый наблюдается при номинальной частоте напряжения, но с ее ростом площадь графика увеличивается, что приводит и к росту потерь.

Другие свойства

Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала. Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса. Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.

Гистерезис в отоплении

Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.

При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.

В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С. Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях. А терморегулятор является, по сути, датчиком температуры или термостатом, который включает или выключает отопления при достижении нижнего и верхнего порога, соответственно.

Что такое гистерезис в температурах и давлениях?

Гистере́зис (в переводе с греческого — отстающий) — свойство систем (физических, логических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.

Многие устройства по регулировке и контролю температуры систем отопления имеют настройку не только температуры, но и обязательную настройку гистерезиса, которая позволяет уменьшить количество переключения в единицу времени между двумя положениями: Вкл / Выкл. Гистерезис также позволяет повысить точность регулировки температуры уменьшением гистерезиса.

На сегодняшний день в основном существует только дуальный гистерезис, имеющий только два положения.

К примеру, мы рассмотрим два варианта:

1. Температурный гистерезис – для логики темростатов

2. Гистерезис давления – реле включения / отключения насосов

Как известно у них имеется только два варианта: Вкл / Выкл.

Данное понятие можно разделить на две составляющее:

1. Обозначить этим термином само явление, что существует гистерезис. Например, что данная система обладает гистерезисом.

2. Обозначить значение гистерезиса. Например, сказать, что гистерезис равен 2 градусам.

Исходя из этого

Гистерезисом называется или величина, при котором сигнал меняется на противоположный сигнал. Или сам эффект при котором, действие переключения на противоположный сигнал осуществляется с некоторой задержкой по величине влияния. (Например, при достижение нормы температуры и превышение этой нормы сигнал изменится не сразу, а по достижению той самой величины гистерезиса).

График температурного гистерезиса

Пример для термостата

Термостат настроен на 25 градусов с гистерезисом 2 градуса.

Предположим что температура помещения 20 градусов. Когда температура достигнет 27 градусов термостат переходит в положение отключения. После этого температура помещения будет падать. Когда температура достигнет 23 градусов, то термостат переходит в положение включения. Цикл замыкается.

Пример для реле давления

Реле настроено на два порога: Порог включения 1,2 Bar, порог отключения 3 Bar

Гистерезис при этом будет равен 0,9 Bar. (3-1,2)/2=0,9

Когда давление составляет 1 Bar, реле замыкает контакт. Когда давление достигает 3 Bar, реле размыкает контакт. Когда давление достигает 1,2 Bar, реле вновь замыкает контакт. Цикл повторяется.

Вот собственно так и нужно понимать логику гистерезиса.

Если бы давление включение и отключения имели одно значение, то гистерезиса бы не было. То есть если порог включения равен порогу отключения, то в такой системе отсутствует гистерезис.

А поскольку комнатные термостаты обладают разными порогами включения и отключения, то такая система обладает гистерезисом. Гистерезис в свою очередь позволяет реже производить переключение между двумя положениями: Вкл / Выкл. Но чем больше гистерезис, тем выше скачкообразное изменение температуры.

Существуют другие графики гистерезисов. Например, магнитный гистерезис

Температурный гистерезис — Энциклопедия по машиностроению XXL

Измерение электрических параметров, которые характеризуют температурные зависимости термистора, трудно выполнить точно из-за сложной конструкции элемента, его формы, высокой чувствительности к окружающей температуре и влияния непосредственного нагрева измерительными токами. Такие параметры, как зависимость вольт-амперной характеристики от температуры, электросопротивление при постоянной температуре, наличие температурного гистерезиса, полупроводниковые свойства и изменения констант материалов, часто измеряли с целью выяснения ухудшения свойств, зависящих от внешних условий. При исследовании облученных термисторов в большинстве случаев обычно учитывали влияние излучения только на вольт-амперную характеристику.  [c.359]
Хотя в каждом опыте установка в течение достаточно длительного времени выводилась на режим термического равновесия, все же наблюдался температурный гистерезис. Этот гистерезис составлял примерно при самых низких числах Рейнольдса п уменьшался до нуля при высоких числах Рейнольдса. В случае гистерезиса использовались средние значения измеряемых величин.  [c.436]

Температурный гистерезис hm определяется как разность средних температур поверхности насадки за периоды нагрева и охлаждения. Его значение зависит от продолжительности дутья, коэффициента  [c.287]

Температурный гистерезис регенератора 287 Тепловая нагрузка теплообменных аппаратов и отопительных систем 329, 331  [c.541]

Можно предполагать, что при первом эксперименте, кроме эффекта температурного гистерезиса (о котором подробнее будет сказано ниже), имел место процесс освобождения плиток от той молекулярной напряженности, которая создалась в плитках во время их изготовления, т. е. произошел процесс искусственного старения плиток.  [c.207]

Таким образом, на долю температурного гистерезиса приходится то увеличение длины плиток, которое указано в табл. 3. Кроме того, из  [c.207]

Таким образом, металлическое тело может иметь при одной и той же температуре различную длину в зависимости от предшествующих температурных состояний. Отсюда следует, что в металлических телах, принимающих различные стационарные температурные состояния замкнутым циклом, начиная от некоторой средней температуры, должно наблюдаться явление, которое при графической интерпретации напоминает магнитную гистерезисную петлю и которое по этой аналогии мы назвали температурным гистерезисом.  [c.208]

Заметим, что различие между температурными коэффициентами удлинения для стальной меры и для эталона при обработке наблюдений не отражается на величине температурного гистерезиса полученного относительным методом. В этом легко убедиться, если привести значения  [c.209]

А/ к одинаковой температуре, например 20° С, и сравнить величины температурного гистерезиса, полученные из приведенных и неприведенных значений. Величина гистерезиса в том и другом случае будет одной и той же. Петля гистерезиса, построенная по приведенным значениям А/, располагается горизонтально.  [c.209]

На рис. 1 использованы значения А/, не приведенные к одинаковой температуре лишь с той целью, чтобы график температурного гистерезиса, построенный по этим данным, был по внешнему виду похож на график магнитного гистерезиса. Следует отметить, что указанный график, построенный по наблюдениям, отнесенным к эталону при температуре наблюдения, показывает не абсолютную, а относительную картину температурного гистерезиса.  [c.209]

В связи с тем что наблюдения проводились относительным методом, полученная величина температурного гистерезиса представляет собой разность,между величиной гистерезиса для стальной меры и эталона.  [c.209]

Несмотря на то что полученная относительным методом величина гистерезиса, очевидно, значительно меньше величины, которую мож -.. было бы пол-учить абсолютным методом, относительный метод в данном случае оказался более удобным, так как полученные с его помощью результаты подтверждают одновременно факт существования температурного гистерезиса в металлических телах и различие его величины д гл разных тел, чего нельзя было бы получить из одной серии наблюдений абсолютным методом.  [c.209]

Величиной температурного гистерезиса условимся называть расстояние по вертикальной оси между кривыми, образующими петлю гистерезиса.  [c.209]

Из этих графиков видно, что даже для таких высокостабильных материалов (платина—иридий), из которых приготовлены эталоны, имеет место температурный гистерезис.  [c.210]

Интересно отметить, что температурный гистерезис имеет место не только для металлических тел. Аналогичные явления мы наблюдали на полимерах и керамических образцах. В качестве примера приведем график гистерезисной петли для относительного удлинения керамического образца (рис. 3).  [c.210]

Этот температурный гистерезис, называемый интервалом возгонки, сдвигом или температурой скольжения объясняется тем, что вначале стремится к испарению более летучий компонент (например, в смеси эфира и воды эфир испаряется раньше, чем вода). Более интенсивное испарение самого летучего компонента изменяет характеристики остающейся смеси (она обогащается менее летучими компонентами), при этом одновременно меняется соотношение между температурой и давлением насыщенного пара.  [c.334]

Однако при данном давлении из-за температурного гистерезиса таблицы (или линейна) дают две разных температуры точку росы 0р и температуру вскипания 0в.  [c.336]

Величина температурного гистерезиса  [c.300]

Таким образом, протекание обратного мартенситного превращения требует температурного гистерезиса, о чем мы указывали ранее, когда рассматривали результаты исследований свойств сплавов с ЭПФ.  [c.303]

На рис. 1.4 показано [3] изменение электросопротивления при прямом мартенситном превращении и обратном превращении в сплавах Ре — 30 % (ат.) N1 и Аи — 47,5% (ат.) Сс1. Температурный гистерезис превращения в сплавах РеМ очень большой — 400°С. В сплавах же Аи—Сс) температурный гистерезис превращения очень мал 15°С.  [c.14]

Рис. 1.4. Температурный гистерезис превращения при атермическом (Ре — N1) и термоупругом (Аи — Сс1) мартенситном превращении ( 3 ]

В табл. 1.1 приведен состав сплавов, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение и наблюдается эффект памяти фор>-мы. Здесь же указаны температура М , температурный гистерезис превращения, изменение кристаллической структуры, наличие или отсутствие упорядоченной структуры, объемные изменения. За некоторым исключением, указанные выше условия выполняются почти для всех сплавов. Сплавь , составляющие исключение, имеют неупорядоченную структуру, однако соответствие решеток при превращении у них, как показано ниже, такое же, как и в упорядоченных структурах.  [c.16]

Из анализа зависимости электросопротивления от температуры ясно, что мартенситное превращение // /// при нагреве и охлаждении является классическим фазовым переходом первого рода, характеризующимся температурным гистерезисом. Превращение / // является почти обратимым и близко к фазовому переходу второго рода. С помощью рентгеновского дифракционного исследования при разных температурах обнаружено, что при понижении температуры пик (110) 2 расщепляется на два пика, причем пики фазы / и фазы II никогда не наблюдаются одновременно. Это показывает, что описываемое превращение отличается от обычного мартенситного превращения.  [c.61]

При нагревании гомогенного сплава плавление начинается при истинной равновесной температуре без перегрева, аналогичного переохлаждению. Однако в случае превращений в твердом состоянии эффект температурного гистерезиса иногда очень значителен, так что кривые охлаждения и кривые нагрева дают температуры превращения, лежащие соответственно ниже и выше истинных равновесных значений. При превращении в твердом состоянии новая фаза обычно развивается и растет из зародышей в этих условиях должна произойти некоторая диффузия, чтобы группы атомов перестроились и образовали решетку, характерную для новой фазы.  [c.121]

Во-первых, магнитные свойства постепенно падают по мере приближения к точке превращения, и эта точка не отвечает скачкообразному изменению свойств. Во-вторых, магнитное превращение не имеет температурного гистерезиса. Увеличение скорости охлалфизические свойства при превращении не изменяются (изменяются многие электрические магнитные и тепловые свойства). Наконец, в-четвертых, самое важное магнитное превращение не сопровождается перекристаллизацией— образованием новых зерен, и изменением решетки.  [c.59]

I рода можно было бы, конечно, продолжить. Они существуют, например, и в жидкостях, где к таковым относится переход из -жидкой фазы в жидкокристаллическую. Характерные черты переходов II рода, наблюдающиеся во всех случаях, — непрерывность, -Я-образный характер температурных зависимостей вторых произ-гводных G, отсутствие температурных гистерезисов. Вследствие непрерывности этого перехода между симметрией более и менее симметричных фаз существует определенное соответствие пространственная группа одной из этих фаз должна быть подгруппой пространственной группы другой фазы (часть элементов симметрии исчезает при переходе в менее симметричную фазу). Доказана теорема о том, что фазовый переход II рода может существовать для всякого изменения структуры, связанного с уменьшением вдвое числа преобразований симметрии. При этом периоды элементарной ячейки могут меняться в несколько раз (2—4).  [c.262]

С помощью параметров Л и П можно оценить численные значения двух основных температурных характеристик регенератору среднего температурного гистерезиса hm и относительных потерь от недо-рекуперации Двнед-  [c.287]

На рис. 3.51 представлена зависимость безразмерного среднего температурного гистерезиса (ДГ—от приведенных времени П и длины Л. Значение ЛГ равно  [c.288]

В сплавах с большим температурным гистерезисом мартенситного превращения наблюдается лишь частичное восстановление формы. К таким сплавам можно отнести N6 — N1, Ге — Мн, нержавеющую сталь и др, В них уже небольшие противодействующие напряжения исключают восстановление формы. Это связано с тем, что, во-первых, мартенситные фазы в этих енлавах обладают высокой симметрией, что допускает протекание обратного превращения по путям, отличным от прямого превращения. Во-вторых, образование мартенсита даже в отсутствие напряжения в этих сплавах сопровождается необратимым процессом возникновения и перемещения полных дислокаций.  [c.527]

Вблизи Т, наблюдается целый ряд аномалий физ. свойств ФМ значит, юст коэрцитивной силы, температурный гистерезис намагниченности, аномалии магнитострик-ции и магнитокалорич. эффекта (рис. 9) и увеличение размеров доменов, Константы Верде, Холла и др. подобные характеристики в Т, не обращаются в нуль, а обнаруживают достаточно сложную зависимость от темп-ры и поля.  [c.288]

Рнс. 9. Аномалии физических свойств ферримагнетиков вблизи точки магнитной компенсации а—температурный гистерезис намагниченности ст, соелинения ЕгНе б—магнитокалорический эффект в феррите-гранате Od FjOij —продольная магнитострик-ция феррита-граната GdjFjOu-  [c.288]

Проведя аналогичные построения графиков температурного гистерезиса для бронзовых, латунных и ин-варных образцов, мы заметили, что величина температурного гистерезиса различна для разных тел.  [c.210]

В зависимости от используемого переходного хладагента (и его температурного гистерезиса) может потребоваться настройка перегрева, а иногда и смена сопла ТРВ (поставщик хладагента даст вам все нужные сведения). Наконец, если потребуется дозаправить установку, делать это нужно всегда только в жидкой фазе.  [c.339]

С = (254-30) ГПа, коэффициент Пуассона д = 0,224-0,3 при обратном мартенситном превращении может быть реализована деформация до 8%, температурный гистерезис превращения АГ п = (154-50) °С никелид титана хорошо демпфирует колебания, логарифмический декремент колебаний Д= (14-2)10″  [c.290]

Оценим величину температурного гистерезиса АТ для никелида титана и бронзы Си—Zn—А1. При Го = 300 К, 5о = 48 Дж/моль К (для Т1№), 5о = 30 Дж/моль-К (для бронзы), А5стр == -6 Дж/моль-К (для Т1№), Д5стр = -1,7 Дж/моль-К (для бронзы) для никелида титана АТ > 37,5 °С, для бронзы АТ > 17 °С. Это хорошо согласуется с данными табл. 6.4.  [c.303]

Вейман с сотрудниками предположили, что указанная фаза с несоразмерной структурой соответствует состоянию, когда сосуществуют волны зарядовой плотности трех типов, имеющие волновые числа 1/3 — НО , 1/3 111 и 1/3 12lj>. При превращении фазы с несоразмерной структурой в фазу с соразмерной структурой происходит расщепление рефлексов (111) и (110) вследствие тригональных искажений фазы В2 в направлениях (111). Эти тригональные искажения изменяются в зависимости от Т, однако при их возникновении и исчезновении имеется температурный гистерезис. Ясно, что рассматриваемое превращение является превращением первого рода. Рефлексы типа 1/3 при этом точно соответствуют положениям 1/3. При понижении Т появляется моноклинная мартенситная фаза. Полностью процесс превращения в этих сплавах описывается последовательностью исходная фаза->несоразмерная фаза (кубическая) -> соразмерная фаза (тригональная) -> мартенситная фаза (моноклинная). Температура начала превращения несоразмерной фазы в соразмерную М промежуточную фазу рассматривают, не разделяя на области несоразмерной и соразмерной фаз, а температуру превращения обозначают M g. Тем не менее поверхностный рельеф, обусловленный промежуточной фазой, возникает при более низкой Mg.  [c.64]

Однако в отличие от биметаллического элемента, у которого отклонение изменяется прямопропорционально температуре, у сплава с эффектом памяти формы прогиб изменяется резко при характеристической температуре. Кроме того, у сплава с эффектом Памяти формы имеется температурный гистерезис, характеризуемый разностью прогибов при нагреве и при охлаждении, на что следует обращать особое внимание при практическом применении.  [c.151]

Структурные превращения в металлах и сплавах сопровождаются выделением или поглощением скрытой теплоты превращения (например, при распл1авлении металлов поглощается скрытая теплота плавления) или же связаны с аномальной удельной теплоемкостью, которая наблюдается, например при образовании сверхструктуры в Р-латуни. Отсюда следует, что при нагревании или охлаждении металла или сплава в одинаковых условиях структурные изменения должны вызвать изменение хода кривой температура — время. По перегибу кривой можно найти температуру структурного превращения. В условиях истинного равновесия температура (или температурный интервал), при которой происходит данное структурное превращение, является постоянной дл я данного металла ил1и сплава, но практически часто наблюдается температурный гистерезис структурного превращения. Например, при медленном охлаждении в условиях истинного равновесия жидкое олово затвердевает при постоянной температуре 231,9 но в обычных опытах часто оказывается возможным, прежде чем начнется кристаллизация, охладить жидкое олово на 20 или 30° ниже его истинной температуры затвердевания. Это явление обычно называется переохлаждением. Переохлаждение является результатом кристаллизации, происходящей путем зарождения центров и их роста.  [c.120]

---

26843-1 (Температурный гистерезис вгетерогенномкатализе) » СтудИзба

Текст из документа «26843-1»

Температурный гистерезис в гетерогенном катализе

Гетерогенный катализ — та область науки, в которой действуют и которой управляют два рода законов: чисто химические и законы физики поверхности твердого тела. По этой причине, в частности, в гетерогенном катализе существует множество явлений, трудно поддающихся объяснению, а иногда, наоборот, получающих сразу несколько противоречащих друг другу трактовок.

В ряду подобных явлений находится и температурный гистерезис. Вообще, гистерезисные эффекты — это опровержение ставшего поговоркой тезиса о том, что от перемены мест слагаемых результат не меняется. Иногда меняется. Наличие гистерезиса означает, что, двигаясь в одном направлении, мы видим не ту картину, которая возникнет перед нами, когда направление движения меняется на противоположное. Как если бы мы просматривали киноленту и потом, перематывая ее назад, обнаружили на экране не те же самые кадры, хотя и в обратной последовательности, а совсем другие. В нашем случае это выражается в том, что, постепенно повышая температуру, мы фиксируем в каждой точке ту или иную скорость реакции или степень превращения исходного вещества, а начав охлаждение, получаем в тех же температурных точках другую скорость или другую степень превращения. Эта “другая” скорость, измеренная при определенной температуре, может быть меньше первой, и тогда мы называем полученную зависимость гистерезисом “по часовой стрелке”. Но она может быть и больше, и такую зависимость именуют гистерезисом “против часовой стрелки”. Восходящая (полученная при повышении температуры) и нисходящая (при понижении) ветви температурной зависимости образуют петлю гистерезиса.

Петли температурного гистерезиса “по часовой стрелке” и “против часовой стрелки”

Примеров температурного гистерезиса в гетерогенном катализе известно не то чтобы очень много, но и немало. Гистерезисные эффекты наблюдались в реакциях окисления монооксида углерода*, водорода, некоторых углеводородов, а именно метана и бензола, синтеза аммиака из азота и водорода, окисления и даже обмена изотопами между молекулами водорода и дейтерия. Все это — реакции разного типа и проводились они на различных катализаторах — чистых металлах, металлах на той или иной подложке, разнообразных оксидах.

* Таких примеров больше всего. Ликвидация или утилизация монооксида углерода СО (в быту его называют угарным газом) — большая проблема в областях техники, связанных со сжиганием углеродного топлива (автомобильные двигатели, топливные электростанции, котельные и т.п.).

Чем же объясняют появление температурных гистерезисов? Мы не будем останавливаться на частных версиях, применимых лишь к отдельным конкретным случаям. Обратимся к наиболее общему, да к тому же самому распространенному толкованию.

В химической кинетике существует понятие стационарного состояния катализатора, когда каталитическая система пребывает в динамическом равновесии с окружающей реакционной средой. При изменении состава среды может варьироваться и состояние катализатора. Если изменение происходит постепенно, без резких скачков, то и при обратном ходе катализатор пройдет через те же самые состояния, и никакого гистерезиса не будет. Но в некоторых случаях постепенное накопление количественных изменений приводит к резкому, скачкообразному переходу катализатора в новое состояние с иной структурой поверхности, иной степенью окисления, иным фазовым составом и т.п. В этом новом стационарном состоянии и активность катализатора может стать совсем другой. И если оно достаточно стабильно, то обратное изменение состава реакционной среды не сразу ведет к возврату катализатора в первоначальное состояние. Иными словами, тогда неизбежно возникает гистерезис: при одном и том же составе скорости реакций в условиях роста концентрации какого-то компонента и в условиях ее уменьшения будут отличаться. Так вполне логично объясняется происхождение концентрационного гистерезиса.

В принципе подобные перемены могут происходить с катализатором и при изменении температуры. Поэтому описанный подход был распространен и на температурный гистерезис. Казалось бы, это вполне оправданно, поскольку множественность стационарных состояний при температурном гистерезисе наблюдалась, как было сказано, преимущественно в окислительных реакциях, а именно в них реакционная среда наиболее заметно влияет на состояние катализатора. Однако, анализируя литературные данные, нельзя не заметить, что в ряде работ восходящие и нисходящие ветви температурной зависимости степени превращения исходных продуктов имели плавный, постепенный ход, без резких скачков и перепадов. А это вряд ли согласуется с концепцией множественности стационарных состояний как причины гистерезиса.

Температурная зависимость степени окисления СО на оксиде меди без носителя (слева) и на палладиевом катализаторе, нанесенном на оксид алюминия. В первом случае петля гистерезиса замкнута, во втором — открыта. Это — примеры сильного гистерезисного эффекта. Даже прекратив нагревание реакционной смеси, не удается снизить ее температуру до начальной, окисление продолжается в режиме самоподдержания.

Столкнувшись в своей работе с феноменом температурного гистерезиса “против часовой стрелки”, мы попытались истолковать его. И вскоре поняли, что прежде должны выполнить обширное систематическое исследование, чтобы свести к минимуму роль частностей, не имеющих общего значения. Для этого было необходимо изучить как можно более широкий круг катализаторов и химических реакций по единой методологии, т.е. в одной и той же установке, с помощью одинаковых приемов и приборов, как бы “одними руками”.

Анализ экспериментальных результатов, полученных уже на начальном этапе, еще больше усилил наше критическое отношение к объяснению температурного гистерезиса множественностью стационарных состояний.

Во-первых, на всех без исключения кривых, описывающих зависимость степени превращения исходного вещества от температуры реакции, были обнаружены промежуточные точки. Ни разу нам не удалось наблюдать мгновенного скачка от одного уровня активности катализатора к другому, даже если степень превращения очень сильно возрастала в узком диапазоне температур. Однако нельзя было исключить, что температурный шаг все же слишком велик и мы попросту не замечаем скачка. Поэтому мы использовали установку, позволяющую осуществлять постепенное безынерционное изменение температуры в реакторе от одного замера к другому с самым малым шагом, буквально в 1-2°С.

Во-вторых, общий вид гистерезисных кривых очень мало зависел от того, какой катализатор использовался, и был ли он с подложкой или без нее. Так, петли гистерезиса в реакции окисления монооксида углерода на оксиде меди без носителя и в той же реакции, но на металлическом палладии, нанесенном на подложку из оксида алюминия, оказались весьма похожими. Более того, довольно близкими были и температурные интервалы, в которых разыгрывались гистерезисные явления в обеих каталитических системах. Приведенный пример — далеко не единственный, а один из множества. Как мы уже говорили, катализатор переходит в новое стационарное состояние под влиянием реакционной среды, и трудно предположить, чтобы она одинаково воздействовала и на оксид меди, и на металлический палладий. Слишком различны они по своей природе.

В-третьих, похожие явления наблюдались не только на разных катализаторах, но и в разных реакциях. Например, при гидрировании монооксида углерода до метана (эту реакцию называют еще метанированием) на никелевом катализаторе с подложкой температурная зависимость степени превращения СО в СН₄ имела явное сходство с зависимостями в только что приведенных реакциях окисления СО. Гидрирование (восстановление) и окисление — совершенно разные реакции, в определенном смысле они даже противоположны, а вид кривых и температурные диапазоны весьма близки. Мы провели и метанирование, и окисление СО на одном и том же никелевом катализаторе, специально разработанном для метанирования, — и в обоих случаях выявили температурный гистерезис. Естественно, что его петли отличались, так как катализатор изначально предназначался для гидрирования, которое и имело некоторое преимущество. Множественностью стационарных состояний объяснить описанные наблюдения было бы затруднительно, потому что действие на катализатор окислительной реакционной среды и восстановительной принципиально отличается. Свойства поверхности катализатора в столь разных средах просто не могут меняться одинаково.
 

Температурная зависимость степени гидрирования (метанирования) СО на никелевом катализаторе с подложкой. Эта восстановительная реакция противоположна окислению, но петли гистерезиса и его температурный интервал сходны.	Температурные зависимости степени метанирования (цветная кривая) и степени окисления СО на никелевом катализаторе. Эти столь различающиеся реакции проведены на катализаторе, специально разработанном для метанирования. Именно поэтому гистерезисный эффект в первом случае сильнее.

Как мы видим, характер температурных зависимостей явно не связан ни с типом реакции, ни с природой катализатора. Таким образом, вклад множественности стационарных состояний в появление температурного гистерезиса, по крайней мере в рассмотренных случаях, не может быть решающим.

Тогда как же объяснить описанные явления? Прежде всего обратим внимание, что окисление СО, метана, бензола и водорода, синтез аммиака, а также метанирование СО (добавим к этому и гидрирование пропилена, о котором еще пойдет речь) — это экзотермические реакции, т.е. идут они с выделением, а не с поглощением тепла. Вряд ли это обстоятельство, на которое до сих пор фактически не обращали внимания, может быть случайным. Единственное исключение — эндотермическая реакция изотопного обмена между водородом и дейтерием, которое, возможно, как раз и подтверждает правило.

Итак, будем считать установленным, что в гетерогенных каталитических реакциях, которым свойствен температурный гистерезис, выделяется избыточная тепловая энергия в слое катализатора. Благодаря этому в его активных центрах, где собственно и протекает химическое превращение, температура становится выше, чем в соседних неактивных местах. Иными словами, возникает градиент температуры. Но избыточное тепло должно рассеиваться. В твердых телах рассеяние, или диссипация, энергии осуществляется главным образом путем контактной теплопроводности. Напомним, что при создании катализатора для гетерогенных реакций стремятся как можно больше увеличить поверхность его активного компонента. Для этого, как правило, используют неактивный пористый носитель — он позволяет увеличить удельную поверхность катализатора до нескольких сотен квадратных метров на грамм его массы. Пористые материалы, как известно, очень плохо проводят тепло (именно их используют в качестве теплоизоляторов), а массивные металлы, напротив, — прекрасно.

Таким образом, в катализаторах, которые состоят из активных частиц, вкрапленных в массу неактивного пористого носителя (подложки), должны возникать сильные локальные перегревы при проведении экзотермических реакций. Если даже носитель не используется, роль плохо проводящей тепло окружающей массы может играть неактивная составляющая самого катализатора, ибо доля активных центров в нем весьма невелика, они фактически вкраплены в неактивный материал. Чтобы увеличить доступную для реагентов поверхность, катализаторы обычно измельчают, а это, естественно, затрудняет теплоотвод. Если же катализатор представляет собой массивный металл, возможность локального перегрева активных центров минимальна.

Температурная зависимость степени гидрирования пропилена на никелевом катализаторе с подложкой. Гистерезис в этой реакции, по сравнению с гидрированием CO, менее значителен, ниже и тепловой эффект: гидрирование пропилена протекает с выделением 124 кДж/моль, а монооксида углерода — 206 кДж/моль. Значит, чем больше теплота реакции, тем сильнее гистерезис.	Петли гистерезиса, возникающие в реакциях, проводимых на чистых металлических катализаторах. Видно, что гистерезисный эффект очень невелик и в окислении монооксида углерода на платиновой фольге (цветная кривая), и в его метанировании на никелевой проволоке.

Теперь представим себе, что мы ввели в реактор с катализатором смесь компонентов, способных реагировать с выделением тепла, и начали нагревание. Через некоторое время они вступают во взаимодействие между собой, и скорость реакции увеличивается по мере роста температуры. Выделяющееся при этом тепло по указанным уже причинам не успевает рассеяться, в результате температура активного центра дополнительно повышается. Но мы не можем этого заметить, потому что измеряем лишь среднюю температуру в слое катализатора. Именно при этой измеренной температуре и фиксируется скорость реакции или степень превращения, хотя фактическая температура активного центра может быть намного выше. То же самое происходит в следующей температурной точке (при следующем замере степени превращения реагентов) и т.д. С ростом скорости реакции выделяется все больше тепла и все больше повышается температура активного центра, так что восходящая ветвь температурной зависимости круче и круче уходит вверх. Когда же мы начнем постепенно охлаждать реактор, степень превращения рано или поздно тоже будет снижаться. Но это снижение окажется меньше ожидаемого, потому что истинная температура активного центра превышает измеряемую. Откладывая на нисходящей кривой точку с определенной степенью превращения, мы “не замечаем”, что фактически она должна была бы находиться правее на температурной шкале. В итоге возникает петля гистерезиса “против часовой стрелки”.