27/12/2018
La histeresis, un fenómeno presente en diversos campos de la ciencia, se caracteriza por la dependencia de un sistema no solo de las condiciones actuales, sino también de su historia previa. En este artículo, profundizaremos en el concepto de histeresis gráfica, investigando sus aplicaciones, métodos de determinación y su importancia en diferentes disciplinas.
¿Qué es la Histeresis?
En términos sencillos, la histeresis describe la tendencia de un material o sistema a conservar una propiedad, incluso después de que el estímulo que la causó haya desaparecido. Esta 'memoria' del sistema es clave para comprender su comportamiento. El término, acuñado por Alfred Ewing en 1890, proviene del griego ὑστέρησις, que significa deficiencia o retraso.
La histeresis gráfica se representa mediante una curva que ilustra la relación entre una variable de entrada (estímulo) y una variable de salida (propiedad del material o sistema). La forma de la curva revela la magnitud de la histeresis y sus características específicas.
Histeresis Magnética: Un Ejemplo Clásico
Uno de los ejemplos más conocidos de histeresis es la histeresis magnética. Cuando un material ferromagnético se somete a un campo magnético externo, se magnetiza. Al retirar el campo, el material no regresa completamente a su estado original, reteniendo una cierta magnetización remanente. Esta propiedad es fundamental en el funcionamiento de dispositivos de almacenamiento de datos como los discos duros.
La curva de histeresis magnética muestra la relación entre la intensidad del campo magnético aplicado y la inducción magnética del material. El área encerrada por la curva representa las pérdidas de energía por histeresis, que se disipan en forma de calor. Para minimizar estas pérdidas, se utilizan materiales con curvas de histeresis estrechas, como el acero al silicio.
Componentes de la Curva de Histeresis Magnética
- Zona reversible: En esta región inicial, la magnetización es proporcional al campo aplicado y el proceso es reversible.
- Zona lineal: A medida que aumenta el campo, la magnetización se vuelve proporcional, aunque con menor pendiente.
- Punto de saturación: Se alcanza cuando el material ya no puede magnetizarse más, independientemente de la intensidad del campo aplicado.
- Magnetización remanente: Es la magnetización que persiste en el material después de retirar el campo magnético.
- Campo coercitivo: Es la intensidad del campo magnético inverso necesario para desmagnetizar completamente el material.
Aplicaciones de la Histeresis
La histeresis no se limita al magnetismo; se encuentra en diversos fenómenos:
- Economía: La histeresis explica por qué, en algunos casos, el desempleo puede permanecer alto incluso después de que la economía se recupere.
- Ingeniería Mecánica: En materiales elásticos, la histeresis representa la energía perdida en cada ciclo de carga y descarga.
- Biología: En sistemas biológicos, la histeresis puede influir en procesos como la transición entre diferentes estados celulares.
- Química: En compuestos con transiciones de fase, la temperatura de transición puede ser diferente en el proceso de calentamiento y enfriamiento.
- Sistemas de Control: La histeresis se utiliza intencionadamente en controladores para evitar oscilaciones o conmutaciones rápidas.
Determinación de la Histeresis
La histeresis se determina experimentalmente mediante la medición de la variable de salida en respuesta a cambios cíclicos en la variable de entrada. El magnetómetro de Köpsel, por ejemplo, se utiliza para medir la histeresis magnética aplicando campos magnéticos variables a un material ferromagnético. Para otros tipos de histeresis, se utilizan técnicas de medición específicas adaptadas al sistema en estudio.
Importancia de la Histeresis en la Medición
En instrumentación, la histeresis es una fuente de incertidumbre de medición. Si un sensor presenta histeresis, sus lecturas dependerán de la dirección del cambio en la variable medida. Es crucial que las especificaciones de un sensor incluyan la histeresis, junto con otros parámetros como la linealidad, la repetibilidad y la estabilidad. Al elegir un sensor, es vital asegurarse de que su histeresis sea lo suficientemente pequeña para la aplicación específica.
Tabla Comparativa de Tipos de Histeresis
| Tipo de Histeresis | Descripción | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Magnética | Retraso en la inducción magnética respecto al campo magnético aplicado. | Discos duros, transformadores, imanes permanentes. |
| Mecánica | Relación no lineal entre fuerza y desplazamiento en materiales elásticos. | Amortiguadores, resortes. |
| Térmica | Diferencia de temperatura de transición entre el calentamiento y el enfriamiento. | Materiales con transiciones de fase. |
| Biológica | Dependencia de un proceso biológico de su historia previa. | Fisiología celular, ecología. |
| Económica | Persistencia de efectos económicos después de que la causa haya desaparecido. | Desempleo, inflación. |
Conclusión
La histeresis es un fenómeno complejo con amplias implicaciones en diversas disciplinas. Comprender la histeresis gráfica y sus características es crucial para el diseño, la operación y la interpretación de datos en numerosos sistemas. La precisión en la medición de la histeresis es fundamental para garantizar la fiabilidad de los resultados y la eficiencia de las aplicaciones.