Isteresi
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L'isteresi è la caratteristica di un sistema di reagire in ritardo alle sollecitazioni applicate e in dipendenza dello stato precedente.
Il termine, derivante dal greco υστέρησις (hystéresis, "ritardo"), fu introdotto nel senso moderno da James Alfred Ewing nel 1890.
L'isteresi è usata in fisica, per descrivere il comportamento di alcuni materiali magnetici e ferromagnetici, nonché nell'elasticità, ma è anche usata per descrivere fenomeni biologici ed economici.
Se la risposta di un sistema con isteresi viene rappresentata in un grafico in funzione dello stimolo, si ottiene una caratteristica curva chiusa (grafico a destra). In un sistema privo di isteresi la curva costituisce una linea singola. In presenza di isteresi si ottiene invece uno sdoppiamento della curva: se percorsa da sinistra a destra si ha un cammino, se percorsa in senso inverso se ne ottiene un altro. In molti dei fenomeni fisici in cui si ha tale caratteristica si ottengono due tratti orizzontali: uno superiore ed uno inferiore. Questi rappresentano i limiti di saturazione. Per un sistema in esame, al variare di alcune condizioni, si può avere una famiglia di curve, spazianti dalla quasi singola ad un'area racchiusa pressoché quadrata. L'ampiezza della curva chiusa è indice dell'entità dell'isteresi. Le famiglie di curve possono essere disposte nella terza dimensione a delimitare una forma tridimensionale detta isteroide.
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[modifica] Isteresi magnetica
B = Densità del flusso magnetico
H = Campo magnetico
BR = Rimanenza
HC = Coercitività
Il fenomeno dell'isteresi è ben noto nei materiali ferromagnetici. Quando un campo magnetico inducente (H) viene applicato ad un materiale di questo tipo, si ha una sorta di memorizzazione. Se si aumenta il campo inducente fino ad un valore di saturazione della Densità del flusso magnetico (B) e poi lo si porta a zero, si ottiene che il materiale presenta una densità di flusso permanente in assenza di induzione, ovvero rimane magnetizzato. Invertendo la direzione del campo, il campo indotto residuo contrasta il campo inducente e per un preciso valore di H, detto campo coercitivo, la densità di flusso è nulla. Superato questo punto il flusso inizia a salire nella direzione del campo inducente fino a giungere a saturazione. Ripercorrendo il ciclo in senso opposto il fenomeno si manifesta specularmente.
La magnetizzazione residua o rimanenza può essere un problema perché per esempio mantiene attratta l'ancora di un relè al cessare del segnale di comando. È possibile comunque eliminare questa magnetizzazione residua, portando il materiale magnetizzato alla temperatura di Curie, alla quale si distrugge l'ordine ferromagnetico negli spin elettronici. L'isteresi è anche una delle cause di dissipazione di energia nei trasformatori. Per questi motivi il fenomeno deve essere tenuto in considerazione nella progettazione di componenti elettrici e può essere attenuato scegliendo materiali a bassa isteresi.
D'altro canto lo stesso fenomeno è sfruttato in diverse importanti applicazioni. È alla base della memorizzazione magnetica in nastri e hard disk. In questi ultimi dispositivi il verso della magnetizzazione residua rappresenta un bit: 0 o 1. Per cambiare lo stato di magnetizzazione è però necessario conoscere lo stato precedente, in base al quale varia il campo da applicare. Per evitare il problema si usa una tecnica detta bias, che consiste nel portare ad un valore noto il sistema prima della scrittura. La stessa tecnica è usata nei registratori audio a cassette, dove a volte è presente un selettore per il tipo di bias da usare in funzione del materiale ferromagnetico usato nei differenti tipi di nastro.
Un sistema magnetico è composto da domini microscopici, i domini di Weiss, che si comportano come dipoli magnetici. I dipoli tendono a raggrupparsi a formare una piccola regione isotropa all'interno della quale la magnetizzazione è pressoché costante. Ciascun dominio della regione può assumere uno o più stati metastabili, che possono differire notevolmente da dominio a dominio ma la loro media equivale al livello di minima energia. L'isteresi è l'effetto risultante dalla combinazione di questi domini e dei loro stati.
[modifica] Isteresi elettrica
L'isteresi si presenta nei materiali ferroelettrici in modo simile all'isteresi magnetica.
[modifica] Termodinamica
L'isteresi è conosciuta in termodinamica. Nelle transizioni di fase il passaggio da uno stato all'altro non avviene linearmente con l'energia fornita o assorbita.
[modifica] Ingegneria
L'isteresi può essere sfruttata per filtrare segnali indesiderati nei sistemi di controllo, tenendo conto della storia recente del segnale. Per esempio nei controlli termostatici un elemento riscaldatore (una caldaia) viene acceso quando la temperatura scende sotto un valore T1 ma non viene spento fino a che non avviene il superamento di una temperatura T2 maggiore della prima. Ciò previene commutazioni indesiderate dovute all'imprecisione e alle deboli fluttuazioni intorno ad un unico valore di soglia.
Nei circuiti elettronici si usa il Trigger di Schmitt che genera un’isteresi di aspetto simile a quella generata nei materiali magnetici. Il circuito serve ad eliminare il rumore presente sui segnali. Può essere realizzato mediante componenti discreti (amplificatori operazionali o transistori) ma è presente sugli ingressi di numerosi circuiti logici delle varie famiglie (TTL, CMOS, ecc. ).
È anche possibile simulare l’isteresi su un ingresso analogico (ADC) connesso ad un microprocessore (spesso integrato in esso nei microcontrollori o sistemi embedded). In questo caso l’isteresi è un algoritmo presente nel software o nel firmware.
[modifica] Economia
Alcuni sistemi economici presentano isteresi. Per esempio le esportazioni vengono avviate con una forte spinta (per esempio mediante incentivi), che non è più necessaria dopo che la transizione è avvenuta.
[modifica] Medicina
In medicina l'isteresi è il ritardo programmato negli stimolatori cardiaci, per evitare un'interferenza con l'attività propria del nodo del seno o comunque del cuore.
[modifica] Voci correlate
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