ET4-28 – Hysterese – Überblick

Inhaltsverzeichnis

In diesem letzten Kursabschnitt besprechen wir ausführlich die magnetische Hysterese. Im ersten Schritt erklären wir dir dabei, was die Hysterese ist und danach erklären wir dir den Zusammenhang mit dem Restmagnetismus und die Hysteresekurve für einen hartmagnetischen Werkstoff (Hartmagnet) und weichmagnetischen Werkstoff (Weichmagnet) ausführlich.

 

“Die Magnetische Hysterese zeigt, dass der Zustand einer Wirkung nicht allein von der Ursache abhängt, sondern auch von dem Anfangszustand.”

 

Hysterese - Hysteresekurve
Hysterese – Hysteresekurve

 


Magnetische Hysterese – Grundlagen


Damit du dir die magnetische Hysterese besser vorstellen kannst, möchten wir dir im ersten Schritt erklären was Hysterese überhaupt bedeutet.

 

Merk's dir!
Merk's dir!

Die Hysterese ist die Änderung einer Wirkung, die erst mit Verzögerung einer Änderung der Ursache auftritt.

 


Vergleichsbeispiel – Backofen


Ganz einfach ausgedrückt: Du stellst deinen Backofen auf 200°C. nach der „Zubereitung“ deiner Tiefkühlpizza bei 200°C, nimmst du die Pizza aus dem Ofen und stellst ihn aus. Die Temperatur müsste jetzt wieder auf Raumtemperatur (20°C) entsprechen.

Aber was ist das? –  Nach 10 Sekunden merkst du, dass der noch gar nicht auf 20°C (Raumtemperatur) heruntergekühlt ist. Es dauert also bis die Ursache (das Anschalten / Einstellen der Temperatur 20°C) eine Wirkung erzielt  (Erreichen – Wunschtemperatur 20°C)

 

Magnetische Hysterese - Beispiel - Backofen
Magnetische Hysterese – Beispiel – Backofen

 

Dieses Beispiel ist zwar sehr simpel, verdeutlicht jedoch das Prinzip, um welches es hier geht.  

 

Bei der magnetischen Hysterese betrachten wir keine Backöfen, sondern ferromagnetische Werkstoffe.

Denn die Hysterese ist auch die Eigenschaft eines ferromagnetischen Materials, also einem magnetisierbaren Metall.

Wie stark ein Material magnetisiert wird hängt von der anliegenden Feldstärke ab und von seinem Anfangszustand, bedingt durch die Vorbehandlung des Materials.  

 

Magnetfeld - Ferromagnetisches Material
Magnetfeld – Ferromagnetisches Material

 

Sobald ein äußeres Magnetfeld wirkt, nimmt die Magnetisierung des Materials Fahrt auf.

Regelt man nun das äußere Magnetfeld wieder runter, so verliert das Material nicht im gleichen Umfang sofort seine Magnetisierung wieder.

 

Geht man jetzt noch einen Schritt weiter und stellt das äußere Magnetfeld komplett ab, so führt das dazu, dass eine Restmagnetisierung im eisenhaltigen Werkstoff verbleibt. Man nennt diesen Vorgang auch Remanenz.

 


Magnetische Hysterese – Prinzip


Somit besagt die magnetische Hysterese nichts anderes, als dass die Magnetisierung eines magnetisierbaren Materials sich nicht genau proportional zur äußeren  Magnetfeld verhält.

 

So läuft die magnetische Flussdichte B der magnetisierenden Feldstärke H hinterher.

 

Es hängt auch von der Vorbehandlung des Materials ab. So ist die Permeabilität \mu des Materials nicht konstant, jedoch von der magnetischen Feldstärke abhängig.

 

Es lassen sich dabei je nach Feldstärke zwei Vorgänge beobachten.

 

Bei einer geringen magnetischen Feldstärke ist die Permeabilität noch vergleichsweise groß.

 

Bei einer erhöhten magnetischen Feldstärke nimmt die Permeabilität aber nur noch unterproportional zu.

 


Vergleichsbeispiel: Videospiel


Das musst du dir vereinfacht so vorstellen. Du kaufst die ein Videospiel, das macht dir in den ersten 2 Stunden richtig viel Spaß aber nach 4 Stunden nicht automatisch doppelt so viel Spaß.

 

Magnetische Hysterese Beispiel - Videospiel
Magnetische Hysterese Beispiel – Videospiel

 

Und so ungefähr verhält es sich auch beim ferromagnetischen Material. Denn mit der Zeit setzt aufgrund der steigenden Feldstärke im Material eine Sättigung ein.

 

  • Daraus können wir auch schlussfolgern, dass mit einer Verdreifachung des magnetischen Feldes auch gleichzeitig eine Verdreifachung der Magnetisierung des betrachteten Materials auftritt.

Oder andersrum betrachtet:

  • Möchte man die magnetische Flussdichte um den Betrag X erhöhen, so muss die magnetische Feldstärke mindestens um den Betrag X + 1 erhöht werden.

 


Hysterese in anderen technischen/wissenschaftlichen Bereichen


Die Magnetische Hysterese ist kein Einhorn, denn auch in anderen Bereiche kann eine die Hysterese auftreten. Nachfolgend findest du einige Bereiche aufgelistet:

  • Hysterese bei Zellstoffen innerhalb der Biologie.

sowie

  • Hysterese im Spannungs-Dehnung-Diagramm von Werkstoffen in der Werkstofftechnik.

sowie

  • Hysterese bei Zweipunktreglern in der Regelungstechnik.

sowie

  • Hysterese als Umkehrspanne bei Zeigerinstrumenten in der Messtechnik.

sowie

  • Hysterese  des Fließverhalten von nicht-newtonschen thixotropen Fluiden in der Fluidmechanik.

sowie

  • Hysterese als Handover zwischen zwei Basisstationen in der Mobilfunktechnik

sowie

  • Hysterese der Ruhedehnungskurve der menschlichen Lunge in der Humanmedizin.

sowie

  • Hysterese der Rückkehr des Marktes zu dem Ausgangszustand nach Abklingen eines externen Einflusses in der Volkswirtschaftslehre.

 


wie gehts weiter
Wie geht's weiter?

Nachdem du nun die Grundlagen der Hysterese kennst, erklären wir dir im kommenden Kurstext den Restmagnetismus im Zusammenhang mit der Hysterese im Detail.

 

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