Histerezis Nedir?

Fiziksel ve kimyasal olaylarda en önemli terimlerden birisi histerezistir. Peki histerezis nedir? Çeşitleri nelerdir? Histerezis teriminin hangi alanlarda karşımıza çıktığını ve çok daha fazlasını bu yazımızda bulabilirsiniz.

A- A+

18.12.2015 tarihli yazı 91647 kez okunmuştur.

İngilizcesi “hysteresis” olan histerezisin kelime anlamı gecikmedir. Fiziksel ve kimyasal olaylarda histerezise sadece “gecikme” demek yetersiz olabilir. Tam anlamını ifade etmek gerekirse histerezis, sistemin bir önceki ile bir sonraki girişine verilen tepkinin, sistemin yakın geçmişteki durumuna duyarlı olmasından dolayı gecikmesidir. Böyle sistemlerde, bir sonraki girdiye tepkisini tahmin etmek için, sistemin şu anki durumunun ve geçmişteki durumunun bilinmesi gerekir. Örnek olarak göstermek gerekirse, sisteme dönüşümlü olarak azalan ve artan bir giriş uygulandığında, kapalı bir çevrim formundaki histerezis eğrisi aşağıdaki gibi olur:

►İlginizi Çekebilir: İndüktör (Bobin) Nasıl Çalışır? | 1. Bölüm

Histerezis ferromanyetik ve ferroelektrik malzemelerde meydana gelir. Ayrıca alaşım, lastik gibi, bazı malzemelerin deformasyona uğramış hallerinde de meydana gelebilir.

Histerezis mühendislik, mekanik, malzeme, biyoloji ve hatta ekonomi gibi birçok alanda kullanılır. Olumsuz olarak algılanan histerezis kavramı aslında çoğu yapay sistemlerde özellikle istenen bir durumdur. Örneğin termostatlar ve Schmitt tetikleyicileri. Histerezisin istenmesinin nedeni istenmeyen frekansları yok etmektir. Transformatörlerde örneğin; birincil sargıda meydana gelen bir gerilim/akım değişikliği, trafo nüvesinin içerisindeki elektromanyetik alanı hemen değiştirilebilmesini engeller. Nüve, mıknatıslandığı için yakın geçmişteki durumunu korumak isteyecektir. Bu, bazen istenen bazen de istenmeyen bir etkidir; trafolarda güç kaybına neden olurlarken sabit disklere, kasetlere bilgi depolayabilmemiz histerezis sayesindedir.

Histerezisin iki çeşidi vardır:

►Dereceye Bağlı Histerezis
►Dereceden Bağımsız Histerezis

1) Dereceye Bağlı Histerezis

Bu histerezis çeşidinde giriş ile çıkış arasındaki basit bir gecikme vardır. Girişe faz gecikmesi 0° olan X(t) sinüs sinyali verildiğinde, çıkışta belirli bir faz gecikmesi olan Y(t) sinüs sinyali oluşur.

Bu tür histereziste, giriş sinyali sıfıra indirgenirse, çıkış belirli bir süre tepki vermeye devam eder.Bu da belirli bir süreliğine hafızası olan bir sistemi temsil eder. Belirli bir süreliğine olmasının nedeni de çıkış sinyali sıfıra ulaştığında bu hafızanın kaybolmasıdır. Bu faz gecikmesi ise girişin frekansına bağlıdır ve frekans azaldıkça giriş sinyali sıfıra yaklaşır.

►İlginizi Çekebilir: CoilGun Nedir?

2) Dereceye Bağlı Olmayan Histerezis

Bu tür histereziste ise geçmişe dair kalıcı bir hafıza vardır. X(t) giriş sinyali X₀ ile X₁ arasında süreli olarak salınım yaptığında, çıkış Y₀ve Y₁’den farklı olabilir. Yani Y(t)’nin değeri X(t)’nin salınım yaparken geçtiği yola bağlı ama frekansına bağlı değildir. Bu yüzden de dereceye bağlı değildir.

Mühendislik Alanında Histerezis

Mühendislik alanında histerezis, kontrol sistemlerinde, elektronik devrelerde, aerodinamik sistemlerde vs. karşımıza çıkar.

Kontrol sistemlerinde histerezis, sinyal filtrelemek için kullanılır. Histerezis sayesinde, çıkışın tepkisi daha yavaş olur ve sistem daha kolay filtrelenir. Termostatları düşünürsek eğer, ısıtıcının sürekli açılıp kapanmaması için sisteme histerezis uygulanıp çıkışın tepkisi yavaşlatılır ve küçük frekans aralıkları süzülür.

Elektronik devrelerde histerezis, kontrol sistemlerindeki gibi, hızlı anahtarlanmaları engellemek için kullanılır. Bu teknik ile elektrik sinyalinin gürültüsü de kompanze edilmiş olur. Buna örnek olarak da Schmitt tetikleyicileri verebiliriz. Schmitt tetikleyici başka bir adıyla Schmitt trigger devreleri, kare dalga üreten devrelerdir. Şöyle ki, bir uygulamada DC sinyalin seviyesi belirli bir değeri aştığında operatöre bir uyarı, ikaz verilmesi istensin. Bu durumda, eğer V1 = V2 olursa, işaret üzerine binecek gürültü, parazit nedeniyle devre titreşim şeklinde peşpeşe uyarı verecektir. Eşik değerlerinin farklı olması, uyarı noktası ile uyarıyı kaldırma noktası arasında belirli bir fark meydana geleceğinden böyle ufak değişimlerden etkilenmeyecektir.

Malzemelerde Histerezis

Histerezis malzeme bazında incelendiğinde manyetik ve elektriksel olarak ayrılır.

Ferromanyetik cisimlerin içlerinde belirli manyetik alanlar bulunmasından kaynaklanan manyetik histerezisin tipik bir de eğrisi vardır. Ferromanyetik bir cisim, belli bir eşik değerine kadar mıknatıslanırsa, üzerine etkiyen elektromanyetik kuvvet kaldırılsa bile mıknatıslanma özelliğini korur. Cismi tekrar eski haline getirmek için tekrar bir dış alan uygulanması gerekir. Bu durum grafiklerde aralarında mesafe bulunan iki integral işaretinin uçlarından birleştirilmiş haline benzer bir kapalı alan yaratır ki genelde histerezisi göstermek için bu şekil kullanılır.

Elektriksel histerezis ise ferroelektrik malzemelerde meydana gelir. Bu histereziste ise ferromanyetik malzemelerden farklı olarak sadece domain denilen alanları gösterilir. Mekanizması manyetik histerezis ile aynıdır.