היסטרזיס

הִיסְטֵרֵזִיס (בעברית: חֶשֶל או הִיסְטֵרֵזָה; באנגלית: Hysteresis) 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' למצב א'. היסטרזיס חשמלי מתרחש כאשר מפעילים שדה חשמלי משתנה על חומר דיאלקטרי, והיסטרזיס אלסטי מתרחש בתגובה לכוח משתנה.

מערכות פיזיקליות רבות מאופיינות בהיסטרזיס. פיסת מתכת המובאת לתוך שדה מגנטי, למשל, שומרת על מגנטיות גם לאחר שהיא מוצאת מהשדה. על מנת להפוך אותה נטולת מגנוט צריך להפעיל שדה מגנטי בכיוון ההפוך או לחמם אותה. זהו האפקט עליו פועל הזיכרון בדיסק קשיח. המושג "היסטרזיס" משמש גם בתחומים אחרים, דוגמת כלכלה וביולוגיה, כאשר מתארים תופעות התלויות בזיכרון של מערכת.

תורת הבקרה
בתורת הבקרה 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 פוטואלקטרי המודד את עוצמת תאורת הסביבה, כדי להדליק ולכבות את הפנס. 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 שהחיישן מודד קרוב מאוד לערך הסף ובגלל שינויים קטנים המתרחשים כל הזמן בערך שהוא מודד (בגלל תופעות חשמליות), החיישן 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 שימדוד 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 עם חיישן עוצמת האור כך שנוצרים שני ערכי סף: ערך סף אחד למעבר מאור לחושך וערך סף אחר למעבר מחושך לאור. ערכי הסף מספיק רחוקים 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 נוספת, על ידי שילוב רכיבים חשמליים בעלי מאפיין היסטרזיס במערכת חימום מים, ניתן להעניק לה יציבות במצבים בהם חום המים קרוב מאוד לערך הסף שבו יש להפעיל את חימום המים.

קישורים חיצוניים



הערות שוליים

קטגוריה:הנדסת חומרים