تعریف اصطلاح هیسترزیس و تاریخچه آن

تعریف اصطلاح هیسترزیس و تاریخچه آن:
در سیستم های طبیعی، پدیده هیسترزیس معمولاً با تغییرات ترمودینامیکی برگشت ناپذیر (مانند تغییر فاز) و اصطکاک داخلی همراه است.

«هدررفت» (Dissipation) به عنوان یکی از پیامدهای متداول در این پدیده به شمار می رود. مفهوم هیسترزیس در بسیاری از سیستم های مصنوعی نیز به کار گرفته می شود.

به عنوان مثال در ترموستات ها و «اشمیت تریگرها» (Schmitt Trigger)، هیسترزیس از تغییر ناگهانی و ناخواسته وضعیت سیستم جلوگیری می کند.

برای آشنایی با مفهموم هیسترزیس، یک آهنربا را در نظر بگیرید. با توجه به تغییرات قبلی میدان مغناطیسی، این آهنربا می تواند در یک میدان مشخص بیش از یک گشتاور مغناطیسی داشته باشد.

با رسم نمودار یکی از مؤلفه های گشتاور مغناطیسی، حلقه یا منحنی هیسترزیس تشکیل می شود.

مقدار یک متغیر بر روی این منحنی ثابت نیست و به مسیر تغییر دیگر متغیرها (تاریخچه سیستم) بستگی دارد (پدیده هیسترزیس).

وابستگی مقادیر متغیرها به مسیر یا تاریخچه سیستم، مبنای عملکرد حافظه هارد دیسک ها و پسماند مغناطیسی حاوی مقادیر قبلی میدان مغناطیسی کره زمین است.

به طور کلی، پدیده هیسترزیس را می توان در مواد فرو مغناطیس و فرو الکتریک، تغییر شکل نوارهای لاستیکی، آلیاژهای دارای حافظه شکلی و بسیاری از پدیده های طبیعی دیگر مشاهده کرد.

پدیده هیسترزیس را می توان به عنوان یک تأخیر زمانی پویا بین یک ورودی و یک خروجی در نظر گرفت که در صورت آهسته تر بودن تغییرات ورودی، خروجی آن ناپدید می شود.

این تعریف بیانگر مفهوم «هیسترزیس وابسته به نرخ» (Rate-Dependent Hysteresis) است. با این وجود، پدیده هایی نظیر حلقه هیسترزیس مغناطیسی عمدتاً «مستقل از نرخ» (Rate-Independent) هستند و همین موضوع امکان وجود حافظه ماندگار در آن ها را فراهم می کند.

سیستم های دارای هیسترزیس غیر خطی هستند و مدل سازی آن ها از نظر ریاضی دشوار است. «مدل پریزاک» (Preisach Model) و «مدل بوک-ون» (Bouc-Wen Model)، از مدل هایی به شمار می روند که ویژگی های عمومی هیسترزیس را مورد مطالعه قرار می دهند.

علاوه بر این موارد، مدل های دیگری مانند «مدل جیلز-آترتون» (Jiles-Atherton Model) به مطالعه پدیده های خاصی نظیر فرو مغناطیس می پردازند.

اصطلاح هیسترزیس از واژه ای در زبان یونانی باستان، به معنای «کم آوردن» یا «عقب ماندنِ ناشی از حرکت آهسته» گرفته شده است.

این اصطلاح اولین بار در سال 1980 میلادی توسط «جیمز آلفرد اوینگ» (James Alfred Ewing) به منظور توصیف رفتار مواد مغناطیسی به کار گرفته شد.

«جیمز کلرک ماکسول» (James Clerk Maxwell)، چندین کار تحقیقاتی بر روی توصیف پدیده هیسترزیس در سیستم های مکانیکی انجام داده است.

پس از مطالعات ماکسول، مدل های هیستریک توجه محققان زیادی را به خود جلب کرد. به این ترتیب، در دهه 1970 گروهی از ریاضیدانان روسی به سرپرستی «مارک کراسنوسِلسکی» (Mark Krasnosel’skii)، یک تئوری ریاضی رسمی تر را برای سیستم های دارای هیسترزیس توسعه دادند.