היסטרזיס

הִיסְטֵרֵזִיס (או חֶשֶל) הוא מאפיין התנהגות של מערכת, כתגובה לעירור חיצוני, שבו תגובת המערכת איננה תלויה רק בעירור ובמצב הסביבה אלא גם במצב הקודם (ה"היסטורי") של המערכת. לדוגמה, כדור העשוי מחומר אלסטי בו יוצרים גומה באצבע ובודקים כמה זמן לוקח לכדור לחזור לצורתו המקורית לעומת הזמן שלקח ללחוץ פנימה את הגומה: בגלל מאפיין ההיסטרזיס של הכדור האלסטי, זמן החזרה לצורה המקורית (המעבר ממצב ב' למצב א') יהיה ארוך יותר מאשר זמן הלחיצה שיצרה את הגומה (המעבר ממצב א' למצב ב'). מערכת עם היסטרזיס מאופיינת ב"זיכרון", כלומר תכונותיה תלויות לא רק בתנאי הסביבה אלא גם בהיסטוריה של המערכת. אחת הדרכים הנפוצות להצגת התנהגותה של מערכת בעלת מאפיין היסטרזיס היא הצגת גרף המתאר את מעבר המערכת בין מצבים קבועים דרך מסלולים שונים התלויים במצבי ההתחלה. מאפיין ההיסטרזיס קיים, בין היתר, בחומרים פרומגנטיים, בחומרים דיאלקטריים ובחומרים אלסטיים. ברוב המקרים מאפיין ההיסטרזיס יבוא לידי ביטוי כשינוי בתגובה או שינוי בסף הפעלה, במעבר ממצב א' למצב ב' לעומת המעבר ממצב ב' ל-א'. "היסטרזיס חשמלי" מתרחש כאשר מפעילים שדה חשמלי משתנה על חומר דיאלקטרי, ו"היסטרזיס אלסטי" מתרחש בתגובה לכוח משתנה.
המושג "היסטרזיס" משמש גם בתחומים אחרים, דוגמת כלכלה וביולוגיה, כאשר מתארים תופעות התלויות ב'זיכרון' של מערכת.

מערכות פיזיקליות רבות מאופיינות בהיסטרזיס. למשל, פיסת מתכת המובאת לתוך שדה מגנטי שומרת על מגנטיות גם לאחר שהיא מוצאת מהשדה, ועל מנת להפוך אותה ללא-ממוגנטת צריך להפעיל שדה מגנטי בכיוון ההפוך, או לחמם אותה. זהו האפקט עליו פועל הזיכרון בדיסק קשיח.

בבקרה מקנים לעיתים למערכות מאפיין היסטרזיס במכוון, כדי להקנות להן יציבות במעבר בין שני מצבים שביניהם הן מיועדת לעבור הלוך-ושוב. לדוגמה, מערכת תאורת רחוב מודרנית מסתמכת על חיישן פוטו-אלקטרי הקורא את עוצמת תאורת הסביבה, כדי להידלק ולהכבות. לחיישן האור נקבע סף עוצמה אשר מתחת לו (בשעות הלילה) הוא ידליק את פנס הרחוב ומעל לו (בשעות היום) הוא יכבה את הפנס. הבעיה היא שבשעות המעבר בין מצבי היום והלילה (דמדומי הזריחה והשקיעה) ערך עוצמת האור שקורא החיישן קרוב מאוד לערך הסף ובגלל שינויים קטנים המתרחשים כל הזמן בערך שהוא קורא (בגלל תופעות חשמליות) הרי שהחיישן עלול "לחשוב" בזמן זה שמתרחש שינוי מהיר מאוד בין "יום" ל"לילה" שוב ושוב ומכאן שעלול להיווצר מצב שבו בשעות הדמדומים החיישן יכבה וידליק שוב ושוב את הפנס עד שעוצמת האור שיקרא תתרחק מערך הסף (כלומר, עד שהשמש תשקע במלואה או תזרח במלואה). כלומר, למערכת ישנה בעיית יציבות בשעות הדימדומים. כדי להתמודד עם הבעיה משולבים רכיבים חשמליים בעלי מאפיין היסטרזיס יחד עם חיישן עוצמת האור כך שבפועל נוצרים שני ערכי סף: ערך סף אחד למעבר מאור לחושך וערך סף אחר למעבר מחושך לאור. ערכי הסף נוצרים כך שהם רחוקים מספיק אחד מהשני כך שהשינויים הקטנים והמהירים בערך שקורא החיישן כל הזמן, בגלל הפרעות חשמליות, לא מספיקים למעבר מערך סף אחד לשני וכך מוענקת למערכת יציבות.
דוגמה דומה היא הענקת יציבות למערכת חימום מים, במצבים בהם חום המים קרוב מאוד לערך הסף שבו יש להפעיל את חימום המים, על ידי שילוב רכיבים חשמליים בעלי מאפיין היסטרזיס למערכת.

קישורים חיצוניים

 

הנדסת חומרים