Histéresis y disipación

Los fenómenos histéricos a menudo están relacionados con la disipación . Cuando hay un ciclo de histéresis, la energía disipada generalmente se puede calcular como el área del ciclo.

Por ejemplo, en materiales ferromagnéticos, la relación entre la magnetización y el campo magnético puede presentar un bucle de histéresis, correspondiente a la disipación microscópica por efecto Joule; en materiales elásticos, hay una histéresis en la relación entre la restricción y la extensión, correspondiente a la fricción interna.

Hay muchos otros ejemplos en los que no conozco exactamente los procesos de disipación: en todas las transiciones de fase de primer orden (por ejemplo, líquido-gas), en el ángulo de contacto, etc. Siento que los fenómenos histéricos no pueden aparecer sin disipación, porque la histéresis necesita tanto de la memoria como de la posibilidad de perder esa memoria (que es un proceso irreversible). Sin embargo, quizás echo de menos alguna otra posibilidad.

Entonces, ¿la histéresis siempre está ligada a la disipación? ¿Se debe a que es irreversible? ¿Hay algún medio para probar eso formalmente?

¿Existe un efecto Joule correspondiente en los sistemas ferroeléctricos?
No estoy seguro de que pueda interpretarlo como un efecto Joule, pero de hecho hay procesos disipativos en ferroeléctricos, que son esencialmente los mismos que en los sistemas ferromagnéticos, pero con dominios ferroeléctricos de polarización constante en lugar de dominios ferromagnéticos (Weiss) de magnetización constante. . En ambos casos, la reorganización de esos dominios es un proceso disipativo que provoca la histéresis del sistema.
Para responder a la segunda pregunta que hizo: para ser reversible, un proceso debe ser casi estático y no sufrir histéresis. Por lo tanto, se requiere histéresis para que un proceso sea irreversible, dado que ocurre cuasiestáticamente.
@inya Eso es muy interesante. ¿Tiene alguna referencia o explicación sobre eso? No estoy seguro de ver el enlace.
@GeorgSievelson Blundell y Blundell, Conceptos de física térmica. piense en un pistón en un cilindro, variables de estado originales PAGS 1 , V 1 , T 1 . Si agregamos pequeños guijarros en la parte superior del pistón para comprimir el gas, podemos hacerlo casi estáticamente. fricción en el cilindro, hará que se pierda algo de energía. Nosotros alcanzamos PAGS 2 , T 2 , V 2 . No podemos volver a nuestro estado original por el mismo camino, ya que quitar piedritas de la parte superior del pistón, cuasistáticamente, no nos devuelve nuestra energía original perdida debido a la fricción. Como puede ver aquí, se ha producido histéresis.

Respuestas (2)

Bridgman en "La termodinámica de la deformación plástica y la entropía generalizada", REVISIONES DE LA FÍSICA MODERNA VOLUMEN 22. NÚMERO 1 DE ENERO DE 1950, analiza específicamente los ciclos histeréticos de tensión-deformación:

Durante la parte del ciclo durante la cual el calor fluiría desde el exterior si no hubiera histéresis, fluye menos calor que de otro modo porque la generación interna irreversible de calor toma el lugar del calor de origen externo, de modo que durante este Como parte del proceso, la entropía del universo externo disminuye menos de lo que sería de otro modo (es decir, hay un aumento algebraico equivalente). Por otro lado, durante la parte del proceso durante la cual sin histéresis el calor saldría del cuerpo hacia los alrededores, sale más calor del que saldría de otro modo, siendo generado el exceso por la transformación irreversible dentro del cuerpo. Una vez más, el resultado es un aumento de la entropía del universo externo mayor de lo normal. En balance, por lo tanto, la entropía total aumenta como debería después de cada ciclo.

Más tarde, también generaliza la descripción entrópica irreversible más allá de los ciclos de tensión-deformación, pero parece que Bridgman asocia la disipación con la histéresis, si no explícitamente, al menos implícitamente en todas partes.

Aparte: ¿qué significa la frase "aumento algebraico"? La busqueda rapida en google no me revela su significado.
@Kvothe "aumento algebraico" ~ adición. Bridgman habla de cómo entra/sale el "calor" durante las diversas etapas del ciclo de histéresis y si el ciclo fuera reversible, la cantidad de "calor" sería igual a la entrada o salida, pero este no es el caso cuando es irreversible. Bridgman ilustra cómo al final del ciclo la entropía vuelve a su valor original en el imán mientras aumenta en el mundo exterior.
@hypornex Gracias, ¿entonces "aumento algebraico" solo significa "aumento"? ¿Es esto común? ¿Lo has visto antes en otro lugar?

En el control de ciertos sistemas, la histéresis está integrada en la lógica de control de bucle abierto para evitar que el sistema oscile. Por ejemplo, en los autos convertibles, a veces hay una cerca que se extiende sobre el parabrisas para cambiar el flujo de aire. La cerca se extiende a 35 mph y se retrae a 25 mph, por ejemplo. Si se extendió por encima de 35 y se retrajo por debajo de 35, entonces podría salir y volver a entrar continuamente cuando uno navega alrededor de 35 mph. Si hay disipación de una cierta cantidad, al menos no es inmediatamente obvio.

¿Qué es un "ajuste mecánico suelto"?
Espacios notables entre las partes. La parte interior es de menor dimensión que la pieza que la sostiene o la contiene.
Ok, pero la histéresis en ese caso ciertamente implica disipación. Sin ella todas las colisiones serían elásticas y la pieza interior seguiría rebotando dentro de la exterior para siempre.
Eso es cierto. Lo pensaré un poco más.
En la terminología de los sistemas de control, lo que está describiendo también se conoce como control de brechas.
@Nathaniel: consideraría la histéresis y la disipación como dos conceptos diferentes.
Histéresis y disipación
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