Hysterese und Dissipation

Hysteresephänomene sind oft mit Dissipation verbunden . Wenn es eine Hystereseschleife gibt, kann die dissipierte Energie normalerweise als die Fläche des Zyklus berechnet werden.

Beispielsweise kann in ferromagnetischen Materialien die Beziehung zwischen der Magnetisierung und dem Magnetfeld eine Hystereseschleife aufweisen, die der mikroskopischen Dissipation durch Joule-Effekt entspricht; bei elastischen Materialien gibt es eine Hysterese im Verhältnis zwischen Zwang und Dehnung, entsprechend der inneren Reibung.

Es gibt noch viele andere Beispiele, bei denen ich die Dissipationsvorgänge nicht genau kenne: bei allen Phasenübergängen erster Ordnung (z. B. Flüssig-Gas), beim Kontaktwinkel und so weiter. Ich habe das Gefühl, dass hysteretische Phänomene nicht ohne Dissipation auftreten können, weil Hysterese sowohl Gedächtnis als auch die Möglichkeit braucht, dieses Gedächtnis zu verlieren (was ein irreversibler Prozess ist). Aber vielleicht übersehe ich eine andere Möglichkeit.

Ist Hysterese also immer mit Dissipation verbunden? Liegt es daran irreversibel? Gibt es eine Möglichkeit, das formal zu beweisen?

Gibt es einen entsprechenden Joule-Effekt in ferroelektrischen Systemen?
Ich bin mir nicht sicher, ob man das als Joule-Effekt interpretieren kann, aber es gibt tatsächlich dissipative Prozesse in Ferroelektrika, die im Wesentlichen die gleichen sind wie in ferromagnetischen Systemen, aber mit ferroelektrischen Domänen konstanter Polarisation anstelle von ferromagnetischen (Weiss) Domänen konstanter Magnetisierung . In beiden Fällen ist die Reorganisation dieser Domänen ein dissipativer Prozess, der die Hysterese des Systems verursacht.
Um die zweite Frage zu beantworten, die Sie gestellt haben: Um reversibel zu sein, muss ein Prozess quasistatisch sein und keine Hysterese erfahren. Damit ein Prozess irreversibel ist, ist also eine Hysterese erforderlich, sofern er quasi statisch abläuft.
@inya Das ist sehr interessant. Hast du dazu einen Hinweis oder eine Erklärung? Ich bin mir nicht sicher, ob ich den Link sehe.
@GeorgSievelson Blundell und Blundell, Konzepte in der thermischen Physik. Denken Sie an einen Kolben in einem Zylinder, ursprüngliche Zustandsvariablen P 1 , v 1 , T 1 . Wenn wir oben auf dem Kolben kleine Kieselsteine ​​hinzufügen, um das Gas zu komprimieren, können wir dies quasi statisch tun. Reibung im Zylinder führt zu einem Energieverlust. Wir erreichen P 2 , T 2 , v 2 . Wir können nicht auf dem gleichen Weg in unseren ursprünglichen Zustand zurückkehren, da das Entfernen von Kieselsteinen von der Oberseite des Kolbens, quasistatisch, uns nicht unsere ursprüngliche Energie zurückgibt, die durch Reibung verloren gegangen ist. Wie Sie hier sehen können, ist eine Hysterese aufgetreten.

Antworten (2)

Bridgman diskutiert in "The Thermodynamics of Plastic Deformation and Generalized Entropy", REVIEWS OF MODERN PHYSICS BAND 22. NUMBER 1 JANUARY 1950, speziell Spannungs-Dehnungs-Hysteresezyklen:

In dem Teil des Kreislaufs, in dem ohne Hysterese Wärme von außen nachströmen würde, strömt weniger Wärme nach als sonst, weil die irreversible innere Wärmeerzeugung an die Stelle der Wärme von außen tritt, so dass dabei Als Teil des Prozesses nimmt die Entropie des äußeren Universums weniger ab als sonst (das heißt, es gibt eine äquivalente algebraische Zunahme). Andererseits fließt während des Teils des Prozesses, bei dem ohne Hysterese Wärme aus dem Körper an die Umgebung abfließen würde, mehr Wärme ab als sonst, wobei der Überschuss durch die irreversible Umwandlung innerhalb des Körpers erzeugt wird. Wiederum ist das Ergebnis ein größerer als normaler Anstieg der Entropie des äußeren Universums. Unter dem Strich steigt also die Gesamtentropie wie sie sollte nach jedem Zyklus.

Später verallgemeinert er die irreversible entropische Beschreibung auch über Spannungs-Dehnungs-Zyklen hinaus, aber es scheint, dass Bridgman Dissipation mit Hysterese verbindet, wenn nicht explizit, dann zumindest implizit überall.

Nebenbei: Was bedeutet der Ausdruck "algebraische Zunahme"? Ich schnelle Google-Suche verrät seine Bedeutung nicht.
@Kvothe "algebraische Zunahme" ~ Zusatz. Bridgman spricht darüber, wie "Wärme" während der verschiedenen Abschnitte des Hysteresezyklus ein- und ausgeht, und wenn der Zyklus reversibel wäre, würde die Menge an "Wärme" gleich ein- oder ausgehen, aber dies ist nicht der Fall, wenn es irreversibel ist. Bridgman veranschaulicht, wie am Ende des Zyklus die Entropie im Magneten zu ihrem ursprünglichen Wert zurückkehrt, während sie in der Außenwelt zunimmt.
@hyporex Danke, also bedeutet "algebraische Erhöhung" nur "Erhöhung"? Ist das üblich? Hast du es woanders schon mal gesehen?

Bei der Steuerung bestimmter Systeme ist eine Hysterese in die Steuerlogik des offenen Regelkreises eingebaut, um zu verhindern, dass das System oszilliert. Zum Beispiel gibt es bei Cabrios manchmal einen Zaun, der sich über der Windschutzscheibe erstreckt, um den Luftstrom zu verändern. Der Zaun wird zum Beispiel bei 35 mph ausgefahren und bei 40 mph eingefahren. Wenn es über 35 ausgefahren und unter 35 eingefahren wurde, könnte es kontinuierlich aus- und wieder einfahren, wenn man etwa 35 Meilen pro Stunde fährt. Wenn es zu einer Verlustleistung in einer bestimmten Menge kommt, dann ist das zumindest nicht sofort ersichtlich.

Was ist eine „locker laufende mechanische Passung“?
Spürbare Lücken zwischen den Teilen. Der innere Teil ist kleiner als das Teil, das ihn hält oder enthält.
Ok, aber die Hysterese beinhaltet in diesem Fall mit Sicherheit Dissipation. Ohne sie wären alle Stöße elastisch und das Innenteil würde ewig im Außenteil herumhüpfen.
Das ist richtig. Ich werde noch etwas darüber nachdenken.
In der Regelsystem-Terminologie wird das, was Sie beschreiben, auch als Lückenregelung bezeichnet.
@Nathaniel: Ich würde Hysterese und Dissipation als zwei verschiedene Konzepte betrachten.
Hysterese und Dissipation
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