材料のヒステリシス
ヒステリシスを理解する
ヒステリシスとは、システムの状態がその履歴に依存する現象である。この挙動は、磁性材料、機械システム、生物学的プロセスでよく見られる。このようなシステムでは、外部刺激に対する応答が以前の状態に影響されます。
ヒステリシスの種類
ヒステリシスは、システムと文脈に基づいていくつかのタイプに分類することができる。主なタイプは以下の通りです：
l磁気ヒステリシス：強磁性体で観察され、磁化は印加された磁場の履歴に依存する。
l機械的ヒステリシス：ゴムや金属など、繰り返し荷重を受けるとエネルギー損失を示す材料に見られる。
l熱ヒステリシス：温度変化が熱履歴に依存するシステムで、相変化材料によく見られる。
l電気的ヒステリシス：コンデンサやインダクタのような電気システムで発生し、電圧や電流が過去の状態に依存する。
ヒステリシスの例
ヒステリシスは様々な分野に現れ、その影響の広さを示している：
l磁気ヒステリシス：l 磁気ヒステリシス：鉄の磁化曲線は ヒステリシスを示し、磁気記憶装置の設計に不可欠である。
lサーモスタット：ヒステリシスは、暖房または冷房システムをオン・オフするための温度範囲を導入することによって、急激なスイッチングを防ぎます。
l弾性材料：ゴムバンドは、伸ばしたり離したりするときにヒステリシスを示し、その過程でエネルギーを散逸させる。
さまざまなシステムにおけるヒステリシス
ヒステリシスの種類とその例を表にまとめました：
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ヒステリシスの種類 |
説明 |
例 |
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磁気ヒステリシス |
磁化の磁場履歴依存性 |
鉄の磁化曲線 |
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機械的ヒステリシス |
繰り返し荷重によるエネルギー損失 |
ゴムの弾性 |
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熱的ヒステリシス |
熱履歴の温度依存性 |
相変化材料 |
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電気的ヒステリシス |
電圧と電流が過去の状態に依存 |
電気回路のコンデンサ |
詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
ヒステリシスの応用
- 永久磁石: 磁化を持続させるための強力な残留磁化と保磁力を確保します。
- 磁気データストレージ残留磁化を利用したハードドライブでのデータ保持を可能にします。
- トランスとインダクタ磁化サイクル中のコア損失を分析します。
- センサーとアクチュエーター：磁気センサーや位置検出器に使用されます。
- 強誘電体材料：不揮発性メモリ（FeRAM）に応用。
- 制御システムサーモスタットやモーターコントローラーの急激なスイッチングを防止する。
- 形状記憶合金：アクチュエーターや医療機器の形状保持に使用される。
- バイオセンサー: 生物学的特性の変化を磁界/電界で検出する。
よくある質問
ヒステリシスとは何ですか？
ヒステリシスとは、システムの現在の状態が、現在の入力だけでなく、過去の状態の影響を受けることです。
ヒステリシスは日常生活のどこで観察できますか？
例えば、家庭の暖房を制御するサーモスタット、伸びたり元に戻ったりする輪ゴム、電子機器の磁性体などがあります。
なぜヒステリシスは工学において重要なのでしょうか？
ヒステリシスを理解することは、エネルギー損失を処理し、安定性を維持し、さまざまな条件下で効率的に機能するシステムの設計に役立ちます。
ヒステリシスは生体系でも発生するのですか？
はい、ヒステリシスは筋収縮や特定の細胞反応のような生物学的プロセスで見られます。
材料のヒステリシスはどのように測定するのですか？
ヒステリシスは通常、負荷と負荷解除の力または場のサイクルを用いて測定し、入力と出力の反応の遅れを観察します。
