La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades,
en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar
diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión se aplica a
fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino
también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.
Histéresis magnética
En física se encuentra, por ejemplo, histéresis magnética si al magnetizar un ferromagneto éste mantiene la señal magnética tras retirar el campo magnético que la ha inducido. También se puede encontrar el fenómeno en otros comportamientos electromagnéticos, o los elásticos.
La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1.
Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída
posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en
sentido contrario.
Para poder conocer el ciclo de histéresis de un material, se puede utilizar el magnetómetro de Köpsel,
que se encarga de proporcionarle al material ferromagnético los cambios
senoidales de la corriente eléctrica para modificar el sentido de los
imanes.
En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la inducción respecto al campo que lo crea.
Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes (ó dipolos)
elementales giran para orientarse según el sentido del campo. Al
decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su
posición inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los
rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su
orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.
Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se
manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de
reducir al máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de
materiales magnéticos de características especiales, como por ejemplo acero al silicio.
La pérdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de histéresis.
Curva de histéresis
La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.
- Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico. Este intervalo es la llamada zona reversible.
- En un determinado punto, la magnetización se produce de forma proporcional. En ese punto se inicia la denominada zona lineal.
- Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que induzcamos al material, ya no se magnetiza más. Este es el llamado punto de inducción de saturación, que determina el inicio de la llamada zona de saturación.
Ciclo de histéresis magnética
La figura siguiente describe esquemáticamente la respuesta magnética del metal ferromagnético o el cerámico ferrimagnético en una dirección, en función del campo magnético exterior efectivo que "siente" el material, en esa dirección. El ciclo M(H) corresponde a la representación de M vs. H.
La relación más general M(H), considera lo que ocurre en todas las direcciones. Esto es la ecuación constitutiva de un material magnético, necesaria para resolver completamente un problema donde esté ese material. En la práctica, se trabaja en una dirección (que depende del dispositivo y material con el que se trabaje), y la ecuación constitutiva se obtiene del ciclo de histéresis M(H) en esa dirección.
Inicialmente, en (1), se tiene el material "virgen", M = 0. Cuando se le aplica campo, aumenta la magnetización del material, en el sentido del campo. La curva de (1) hasta (2) en el cuadrante I, se denomina "curva de primera magnetización". Se observa que la respuesta alcanza un valor máximo. Éste se denomina "magnetización de saturación" MS, y corresponde a todos los momentos magnéticos en su máxima alineación posible. Este parámetro es muy importante porque muestra cuánta magnetización inducida puede tener un imán temporal cuando es excitado.
La figura siguiente describe esquemáticamente la respuesta magnética del metal ferromagnético o el cerámico ferrimagnético en una dirección, en función del campo magnético exterior efectivo que "siente" el material, en esa dirección. El ciclo M(H) corresponde a la representación de M vs. H.
La relación más general M(H), considera lo que ocurre en todas las direcciones. Esto es la ecuación constitutiva de un material magnético, necesaria para resolver completamente un problema donde esté ese material. En la práctica, se trabaja en una dirección (que depende del dispositivo y material con el que se trabaje), y la ecuación constitutiva se obtiene del ciclo de histéresis M(H) en esa dirección.
Inicialmente, en (1), se tiene el material "virgen", M = 0. Cuando se le aplica campo, aumenta la magnetización del material, en el sentido del campo. La curva de (1) hasta (2) en el cuadrante I, se denomina "curva de primera magnetización". Se observa que la respuesta alcanza un valor máximo. Éste se denomina "magnetización de saturación" MS, y corresponde a todos los momentos magnéticos en su máxima alineación posible. Este parámetro es muy importante porque muestra cuánta magnetización inducida puede tener un imán temporal cuando es excitado.
Al retirar poco a poco el campo desde (2) hasta (3) donde el campo es nulo, M
vuelve por valores mayores que los correspondientes al proceso de
magnetización de (1) a (2). Esto se debe al reordenamiento de dominios, y
es como si el material tuviese "memoria" de haber sido sometido a
campos superiores. Esta
irreversibilidad de la magnetización se denomina "histéresis magnética" del material.
En particular, al llegar a (3), en ausencia de campo efectivo, el material queda con MR denominada "magnetización remanente", o remanencia. Este parámetro es muy importante porque muestra cuánta magnetización puede almacenar un imán permanente.
Al aumentar el campo en el sentido opuesto, entre la remanencia (3) y M = 0, punto (4) en el cuadrante II, se tiene la "curva de desmagnetización" del material. La intensidad del campo H requerida para anular M, se denomina "campo coercitivo intrínseco" o "coercitividad intrínseca" HCI. Este parámetro es el más importante en un imán, porque representa su resistencia a ser desmagnetizado. También permite estimar cuál es la intensidad de campo necesaria para magnetizar el material (del orden de unas 5 veces HCI).
En la curva de desmagnetización (cuadrante II), existe un valor de H entre H = -HCI (coercitividad) y H = 0 (remanencia), para el cual el imán tiene el máximo de energía magnética, o sea el máximo valor de -BxH. Este parámetro se denomina "máximo producto BxH" o "(BH)max", y es una mejor figura de mérito del material duro, que la MR o la HCI por separado.
En el cuadrante III, de (4) a (5), el material vuelve a ser saturado pero en el sentido opuesto, y de (5) a (6) se retira el campo y vuelve a quedar con un valor remanente -MR, opuesto al (3).
Si se aplica de nuevo un campo en el sentido original, cuadrante IV de (6) a (7), M evoluciona con histéresis, hasta que en (2) se cierra el ciclo de histéresis magnética, cuando el material vuelve a estar magnéticamente saturado.
También se denomina ciclo de histéresis magnética al ciclo B(H) que corresponde a la representación de B vs. H. En este ciclo también se definen la saturación, la remanencia y la coercitividad (no intrínseca):
BS = m0 (HS + MS)
BR = m0 MR
HC = -H(B=0 con H en el cuadrante II)
siendo HS la intensidad de campo necesaria para alcanzar saturación.
Un área dentro del ciclo B(H) representa una densidad de energía magnética (en erg/cm3 o en J/m3) disipada en forma de calor por unidad de volumen de material, debida a la fricción entre los dominios magnéticos.
El parámetro (BH)max es el rectángulo de mayor área en el cuadrante II del ciclo B(H).
El área completa encerrada por el ciclo B(H) representa la densidad de energía magnética disipada por unidad de volumen y por ciclo. Mientras más grande sea el área del ciclo de histéresis, mejor es el material como imán (y peor como núcleo de transformador).
En particular, al llegar a (3), en ausencia de campo efectivo, el material queda con MR denominada "magnetización remanente", o remanencia. Este parámetro es muy importante porque muestra cuánta magnetización puede almacenar un imán permanente.
Al aumentar el campo en el sentido opuesto, entre la remanencia (3) y M = 0, punto (4) en el cuadrante II, se tiene la "curva de desmagnetización" del material. La intensidad del campo H requerida para anular M, se denomina "campo coercitivo intrínseco" o "coercitividad intrínseca" HCI. Este parámetro es el más importante en un imán, porque representa su resistencia a ser desmagnetizado. También permite estimar cuál es la intensidad de campo necesaria para magnetizar el material (del orden de unas 5 veces HCI).
En la curva de desmagnetización (cuadrante II), existe un valor de H entre H = -HCI (coercitividad) y H = 0 (remanencia), para el cual el imán tiene el máximo de energía magnética, o sea el máximo valor de -BxH. Este parámetro se denomina "máximo producto BxH" o "(BH)max", y es una mejor figura de mérito del material duro, que la MR o la HCI por separado.
En el cuadrante III, de (4) a (5), el material vuelve a ser saturado pero en el sentido opuesto, y de (5) a (6) se retira el campo y vuelve a quedar con un valor remanente -MR, opuesto al (3).
Si se aplica de nuevo un campo en el sentido original, cuadrante IV de (6) a (7), M evoluciona con histéresis, hasta que en (2) se cierra el ciclo de histéresis magnética, cuando el material vuelve a estar magnéticamente saturado.
También se denomina ciclo de histéresis magnética al ciclo B(H) que corresponde a la representación de B vs. H. En este ciclo también se definen la saturación, la remanencia y la coercitividad (no intrínseca):
BS = m0 (HS + MS)
BR = m0 MR
HC = -H(B=0 con H en el cuadrante II)
siendo HS la intensidad de campo necesaria para alcanzar saturación.
Un área dentro del ciclo B(H) representa una densidad de energía magnética (en erg/cm3 o en J/m3) disipada en forma de calor por unidad de volumen de material, debida a la fricción entre los dominios magnéticos.
El parámetro (BH)max es el rectángulo de mayor área en el cuadrante II del ciclo B(H).
El área completa encerrada por el ciclo B(H) representa la densidad de energía magnética disipada por unidad de volumen y por ciclo. Mientras más grande sea el área del ciclo de histéresis, mejor es el material como imán (y peor como núcleo de transformador).
Teoría de las catástrofes
La teoría de las catástrofes, de aplicación no sólo física, sino también a la dirección estratégica o la sociología,
representa la propensión de los sistemas estructuralmente estables a
manifestar discontinuidad (pueden producirse cambios repentinos del
comportamiento o de los resultados), divergencia (tendencia de las
pequeñas divergencias a crear grandes divergencias) e histéresis (el
estado depende de su historia previa pero si los comportamientos se
invierten conducen a que no se vuelva a la situación inicial). Tiene una
especial aplicación en el análisis del comportamiento competitivo y en
los modelos de cambio organizativo y en los modelos de evolución social.
En este modelo, la histéresis supone el lado opuesto a lo que en
Termodinámica se llama “proceso reversible”, es decir, aquel que viene
determinado unívocamente en función de una serie de valores de control o
variables independientes. Un ejemplo muy simple de un proceso de este
tipo unívoco es la longitud de una varilla metálica en función de la
temperatura. A cada valor T de ésta corresponde otro L de la longitud,
de forma que L = f(T). El proceso está definido en cualquier sentido,
con temperaturas ascendentes y descendentes, y no depende, por ejemplo,
de la velocidad con que varía la temperatura. A cada valor de ésta
corresponde unívocamente uno de la longitud. Pero otros procesos se
comportan de forma distinta. Por ejemplo, si se supera cierta
temperatura la varilla metálica se derretirá, desprendiéndose un trozo,
en cuyo caso, será imposible volver al inicio .
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