Eletrônica, Magnetismo, Materiais, Mecânica

Histerese: o que é?

A histerese é muito comum nos materiais e sistemas. É a capacidade de manter uma propriedade após remover o estímulo que induz esta propriedade.

Histerese no magnetismo

O movimento de cargas elétricas produz um campo magnético. Logo, o movimento dos elétrons ao redor do núcleo do átomo gera um campo magnético.

campo magnético do átomo
I é a corrente elétrica e o vetor \vec{m} é o momento de dipolo magnético. Fonte: Maestrovirtuale.

Devido à estrutura cristalina, um material ferromagnético é dividido em vários domínios magnéticos, estes são regiões onde os átomos estão orientados para um sentido.

Domínios magnéticos
Quando o material ferromagnético está desmagnetizado, cada domínio aponta para um sentido aleatório. Fonte: Bóson treinamentos.

Quando um material ferromagnético está submetido a um campo magnético, os átomos do material se alinham com o sentido do campo magnético externo. Consequentemente, o material se torna magnetizado, com polos norte e sul.

Material ferromagnético magnetizado.
Fonte: eletronPi.

Quando todos os domínios magnéticos ficam apontados para o sentido do campo magnético externo, o material atinge a saturação. Ou seja, aumentando a intensidade de fluxo magnético H, não aumentará a densidade de fluxo B. Após a remoção do campo magnético externo, a maior parte dos domínios continua apontado para a mesma direção e o material continua magnetizado.

pontos de histerese
O processo de magnetização vai até o ponto a, este é o ponto de saturação. Tirando o campo magnético externo, o material ainda contém parte da densidade de fluxo magnético (ponto b). Aplicando um campo externo na direção oposta, o material se desmagnetiza (ponto c) e os domínios são apontados para a direção oposta até a saturação (ponto f). Após remover o campo externo, o material ainda retém parte desse (ponto e). Fonte: Electrical Academia.

Cada material tem um laço de histerese único. A equação abaixo é a relação entre o campo magnético e a densidade do fluxo.

B=\mu H

Onde \mu é a permeabilidade magnética, que depende do material.

Alguns exemplos de histerese em outras áreas

Eletrônica

O circuito eletrônico comparador chamado de Schmitt-Trigger, tem a função de mudar o sinal digital de saída (V_{OUT}) do nível “BAIXO” para “ALTO”, quando a tensão de entrada (V_{IN}) aumentar até um certo valor (V_{TH}). Se o sinal de saída estiver no nível “ALTO”, este irá para o nível “BAIXO”, quando a tensão de entrada chegar até um determinado valor (V_{TL}).

Histerese com Schmitt-Trigger
O gráfico de tensão de saída x tensão de entrada do Schmitt-Trigger forma uma histerese. Fonte: All about circuits.

Materiais elásticos

Quando um material elástico recebe uma força externa, o material pode voltar para a forma original se a força cessar. Porém, se a força ou tensão for alta o suficiente, o material se deforma e não recupera totalmente a forma original.

histerese do material elástico
A histerese de um material elástico ideal. A curva de carga é quando a força é aplicada ao material e a curva de descarga é a redução gradual desta força. Fonte: CTB.

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