Vad är hysteres?

Hysteres är en egenskap som oftast ses i magnetiska och elastiska material där ett svar på stress eller elektromagnetisk kraft på materialet släpar efter den faktiska appliceringen av kraften. Reaktionen är också beroende av de tidigare krafter som applicerats på materialet, och inte bara på de nuvarande spänningsförhållanden som det genomgår. Enkelt uttryckt är det ett systems historiska beroende, och ordets grundterm betyder faktiskt att komma sent eller släpa efter.

Vid ferromagnetisk hysteres används principen för inspelning av information på magnetiska lagringsband, kreditkortsremsor och mer. När ett magnetiskt hysteresfält appliceras på inspelningsmediet och släpps, går mediet inte tillbaka till ett nollmagnetiseringstillstånd. Istället läggs en ny nivå av ordning till de magnetiska partiklarna i materialet, som representerar strukturen på de data som registreras där. Detta återstående magnetiska minne kan bara raderas genom att applicera en magnetisk laddning i motsatt riktning, känd som en hysteresloop. Den implanterade magnetiska laddningen kan annars vara nästan permanent, vilket är en användbar funktion vid lagring av information, och har använts flitigt för ljudkassettband och datorhårddiskar.

Egenskapen för hysteresloopen kan också användas för att radera magnetiska data genom att applicera ett omvänt magnetfält på mediet. En i samma riktning kan också användas för att skriva över det föregående mönstret. Denna repeterbara egenskap eller hysterescykel inom ferromagnetik finns dock inte i egenskaperna hos andra material.

Memristorer, eller minnesresistorer, är komponenter som demonstrerar principen för en hystereskrets. De har förmågan att upprätthålla ett minne av hysteresström som passerar genom dem genom att ändra deras relativa motstånd som svar på det. Dessa enheter efterliknar hur synapsen fungerar i den mänskliga hjärnan, och det har fångat uppmärksamheten hos militära forskare vid Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), i USA. Forskningen från 2010 var inriktad på att utveckla superdatorkraft som skulle vara tillräckligt liten för att packas i en tvålitersvolym och ha motsvarande en katts hjärna i intelligens.

Något elastiska material, såsom tunna metaller, kan uppvisa en termisk hystereseffekt. Förändringar i metallatomernas inriktning när man böjer gaffelns pinnar fram och tillbaka kommer att visa hysteres, men till skillnad från magnetiska material blir metallen mindre känslig vid upprepade kraftanvändningar. Detta kallas arbetshärdning och resulterar så småningom i att metallen blir spröd och går sönder. Metallen bygger upp en fördröjning som svar på kraften och går så småningom sönder, vilket orsakar förlust av energi som värme, vilket kallas hysteresförlust.

Hysteresmodellen har tillämpningar inom en rad vetenskaps-, ingenjörs- och även ekonomiska discipliner. Ryska matematiker började modellera olinjära system baserade på principen på 1970-talet. De utvecklade därefter teorier som Preisach-modellen, som kunde användas för att beskriva hysteresfenomen inom ett brett spektrum av vetenskaper från ekonomi till tektonik och supraledning.