Što je histereza?
U jezgri svakog elektromagneta, nakon isključivanja struje, uvijek je sačuvan dio magnetskih svojstava, koji se naziva rezidualni magnetizam. Veličina zaostalog magnetizma ovisi o svojstvima materijala jezgre i doseže veću vrijednost za kaljeni čelik, a manju za meko željezo.
No, koliko god željezo bilo mekano, rezidualni magnetizam će ipak imati nekog učinka ako je prema uvjetima rada uređaja potrebno magnetizirati njegovu jezgru, odnosno demagnetizirati na nulu i magnetizirati u suprotnom smjeru.
Naime, pri svakoj promjeni smjera struje u svitku elektromagneta potrebno je (zbog prisutnosti zaostalog magnetizma u jezgri) najprije demagnetizirati jezgru, a tek onda je moguće magnetizirati u novu smjer. To bi zahtijevalo određeni magnetski tok u suprotnom smjeru.
Drugim riječima, promjena magnetizacije jezgre (magnetska indukcija) uvijek zaostaje za odgovarajućim promjenama magnetskog toka (jakost magnetskog polja), koju stvara zavojnica.
Ovo zaostajanje magnetske indukcije od jakosti magnetskog polja naziva se histereza... Pri svakom novom magnetiziranju jezgre, da bi se uništio njen preostali magnetizam, potrebno je djelovati na jezgru magnetskim tokom suprotno od smjer.
U praksi, to će značiti trošenje dijela električne energije za prevladavanje prisilne sile, koja otežava okretanje molekularnih magneta u novi položaj. Energija utrošena na to oslobađa se u željezu u obliku topline i predstavlja gubitke reverzijom magnetizacije ili, kako se naziva, gubitke histereze.
Na temelju navedenog, željezo podvrgnuto kontinuiranom preokretu magnetizacije u određenom uređaju (jezgre armatura generatora i elektromotora, jezgre transformatora) treba uvijek odabrati meko, s vrlo malom prisilnom silom. Time je moguće smanjiti gubitke zbog histereze i time povećati učinkovitost električnog stroja ili uređaja.
Petlja histereze
Petlja histereze — krivulja koja prikazuje tijek ovisnosti magnetizacije o jakosti vanjskog polja. Što je veće područje petlje, to morate više raditi da preokrenete magnetizaciju.
Zamislimo jednostavan elektromagnet sa željeznom jezgrom. Pustimo ga kroz puni ciklus magnetiziranja, za koji ćemo promijeniti struju magnetiziranja od nule do vrijednosti Ω u smjerovima pozadine.
Početni trenutak: struja je nula, željezo nije magnetizirano, magnetska indukcija B = 0.
1. dio: magnetiziranje promjenom struje od 0 do vrijednosti — + Ω.Indukcija u željeznoj jezgri prvo će rasti brzo, a zatim sporije. Do kraja operacije, u točki A, željezo je toliko zasićeno magnetskim linijama sile da daljnje povećanje struje (preko + OM) može dati najbeznačajnije rezultate, stoga se operacija magnetiziranja može smatrati završenom.
Magnetizacija do zasićenja znači da su molekularni magneti u jezgri, koji su na početku procesa magnetiziranja bili u potpunom stanju, a zatim samo u djelomičnom neredu, sada gotovo svi poredani u uredne redove, sjeverni polovi na jednoj strani, južni polovi na drugi, zašto sada imamo sjeverni polaritet na jednom kraju jezgre, a južni na drugom.
2. dio: slabljenje magnetizma zbog smanjenja struje sa + OM na 0 i potpuna demagnetizacija kod struje — OD. Magnetska indukcija koja se mijenja duž AC krivulje dosegnut će vrijednost OC, dok će struja već biti nula. Ta se magnetska indukcija naziva rezidualni magnetizam ili rezidualna magnetska indukcija. Za uništenje, za potpunu, dakle, demagnetizaciju, potrebno je elektromagnetu dati povratnu struju i dovesti je do vrijednosti koja odgovara ordinati OD na crtežu.
3. dio: reverzna magnetizacija promjenom struje od — OD do — OM1. Magnetska indukcija koja raste duž krivulje DE doći će do točke E koja odgovara trenutku zasićenja.
4. dio: slabljenje magnetizma postupnim smanjenjem struje od — OM1, do nule (rezidualni magnetizam OF) i naknadno demagnetiziranje promjenom smjera struje i dovođenjem na vrijednost + OH.
Peti dio: magnetizacija koja odgovara procesu iz prvog dijela, dovodeći magnetsku indukciju od nule do + MA promjenom struje od + OH do + OM.
NS Kada se struja demagnetiziranja smanji na nulu, ne vraćaju se svi elementarni ili molekularni magneti u svoje prethodno nesređeno stanje, ali neki od njih zadržavaju svoj položaj koji odgovara zadnjem smjeru magnetiziranja. Ovaj fenomen kašnjenja ili zadržavanja magnetizma naziva se histereza.