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Was ist Hysterese? - Der Begriff einfach erklärt

"Hysterese" ist ein Begriff, der im Zusammenhang mit der Magnetisierung eines Ferromagneten steht. Aber auch in der Mechanik ist dieser Begriff gebräuchlich, nämlich beim elastischen Verhalten von Körpern.

Elementarmagnete werden ausgerichtet.
Elementarmagnete werden ausgerichtet.

Hysterese - Eisen wird magnetisiert

  • Entdeckt wurde die Hysterese tatsächlich bei Ferromagneten, also Stoffen, die viel Eisen, Nickel oder Kobalt enthalten, denn dort ist der Effekt besonders groß.
  • Magnetisiert man derartige Stoffe zum Beispiel in einem Magnetfeld, dann richten sich die Elementarmagnete entsprechend dem äußeren Feld aus - der Körper hat eine Magnetisierung. Vereinfacht gesagt wirkt er ebenfalls wie ein Magnet.
  • Diese Magnetisierung ist umso stärker, je größer das von außen angelegte Magnetfeld ist.
  • Mit zunehmender Feldstärke erreicht die Magnetisierung jedoch einen Sättigungswert - alle Elementarmagnete sind ausgerichtet.
  • Die Zurücknahme der Feldstärke auf den Wert Null führt diese Magnetisierung jedoch nicht ebenfalls auf Null zurück: Ein Teil der Elementarmagnete bleibt ausgerichtet, obwohl die Feldstärke verschwunden ist. Diese Restmagnetisierung wird Remanenz genannt.
  • Um sie zu beseitigen, muss man die Richtung des Feldes umkehren und eine gewisse entgegen gerichtete Feldstärke anwenden. Diese wird (nicht ganz richtig) Koerzitivkraft genannt.
  • Auch das Anwachsen des Feldes in die andere Richtung führt die Magnetisierung schließlich zu einer Sättigung: Alle Elementarmagnete sind in die andere Richtung ausgerichtet.
  • Trägt man nun die Magnetisierung des Eisenstücks oder Ferromagneten gegen die von außen angelegte magnetische Feldstärke (in beiden Richtungen!) auf, so ergibt sich eine Art Schleife, denn das Material folgt der Feldstärke nicht. Diese Schleife wird als Hysteresekurve bezeichnet und charakterisiert das Material.
  • Zum einen besteht ein Unterschied, in welche Richtung magnetisiert wird. Und zum anderen wird der Nullpunkt der Magnetisierung nicht erreicht, wenn auch die äußere Feldstärke Null ist. Je nach Änderungsrichtung des Feldes verbleibt eine Restmagnetisierung.
  • Die Folge: Es ist nicht einfach, einen bereits magnetisierten Stoff durch Anlegen eines Feldes zu entmagnetisieren.
  • Und: Die Wärmeverluste, die in einem Eisenstück durch ein ständiges Ummagnetisieren auftreten, sind beträchtlich.

Auch elastische Stoffe zeigen eine Hysterese

  • Wengier bekannt ist die sog. mechanische oder elastische Hysterese.
  • Darunter besteht man, dass die Dehnung oder Verformung eines Stoffes nicht wieder genau auf Null zurückgeht, wenn eine äußere Spannung oder ein äußerer Zug verschwindet.
  • Auch hier muss eine Spannung in die Gegenrichtung aufgewendet werden, damit die Dehnung wieder völlig rückgängig gemacht werden kann.
  • Auch hier verbleibt bei einem vollständigen Hysteresedurchgang ein gewisser Prozentsatz der aufwendeten Energie als Wärme im Material.
  • Ein Beispiel für elastische Hysterese sind einige Federn, die "überdehnt" werden. Allerdings sind die Grenzen zum plastischen Verhalten, das nicht mehr korrigiert werden kann, fließend.
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