Isteresi

L' isteresi (o isteresi ), il sostantivo femminile greco ὕστερος ( hústeros ) ("dopo", "dopo"), è la proprietà di un sistema la cui evoluzione non segue lo stesso percorso di una causa esterna che aumenta o diminuisce.

Formulazione matematica

Sia una quantità di causa indicata con C che produca una quantità di effetto indicata con E. Diciamo che c'è isteresi quando la curva E = f (C) ottenuta alla crescita di C non si sovrappone alla curva E = f (C) ottenuta alla diminuzione di C. Generalmente, il motivo è che le variazioni di E non sono totalmente reversibili come la magnetizzazione di un materiale da parte di una corrente elettrica che persiste quando la corrente è scomparsa.

Quando variazioni periodiche sono imposte alla causa C, l'isteresi è responsabile di una forma particolare per la curva E = f (C) chiamata ciclo di isteresi . Un valore x può quindi avere due diverse immagini y .

Nota: queste curve sono solo possibili forme di un fenomeno di isteresi. Il ciclo potrebbe non essere centrato attorno al punto (0; 0) se la variazione periodica di C non è simmetrica rispetto all'origine.

Osservazioni

I fenomeni di isteresi sono responsabili della comparsa di non linearità nella relazione E = f (C), rendendo talvolta molto difficile modellare questa relazione utilizzando un'equazione matematica .

È possibile progettare deliberatamente un dispositivo avente un'isteresi, ad esempio per la regolazione della temperatura tramite termostato , l'isteresi viene introdotta nel controllo in modo che il setpoint della temperatura per l'accensione sia diverso dal setpoint per lo spegnimento. Ciò consente di evitare troppe accensioni o spegnimenti della caldaia . I comparatori che svolgono questa funzione sono chiamati comparatori di isteresi. In questo esempio il riscaldamento si attiva quando la temperatura scende sotto i 19,2 ° C e si interrompe quando supera i 19,6 ° C dando un'isteresi di 0,4 ° C : diciamo che la temperatura è regolata a 19,4 gradi (entro 0,2 gradi).

Quando le quantità E e C rappresentano rispettivamente una forza generalizzata (come una forza , una coppia , una tensione elettrica , una pressione , ecc.) E una coordinata generalizzata (come distanza, posizione angolare, carica elettrica , volume del fluido, ecc.) .) nel senso della meccanica lagrangiana , l'isteresi è associata a una dissipazione di energia . Questo è anche il caso dell'isteresi della magnetizzazione dei materiali magnetici. La superficie interna del ciclo di isteresi corrisponde all'energia utilizzata per viaggiare attraverso il ciclo (e trasformata in calore). Nei trasformatori elettrici, la potenza persa per l'isteresi dei nuclei del trasformatore rappresenta una parte delle perdite di ferro .

I fenomeni di isteresi sono esempi di fenomeni irreversibili in fisica .

Scienze e tecnologia

Ecologia

Caso dello stato alternato stabile (in) .

Modello dell'evoluzione delle popolazioni di specie interagenti: equazioni di predazione di Lotka-Volterra

Geomorfologia

La velocità di trasporto dei sedimenti nei corsi d'acqua sotto l'effetto della forza della corrente può talvolta seguire un'evoluzione dell'isteresi sulla scala di un evento di trasporto (un'alluvione) o anche su scala stagionale. Questo fenomeno può essere attribuito a variazioni della quantità di sedimenti disponibili per il trasporto durante l'evento di trasporto o durante la stagione.

Medicinale

I fenomeni di isteresi sono usati nella biomeccanica: i vasi sanguigni hanno un comportamento viscoelastico, lo stress su un vaso dipende dall'elasticità.

Isteresi corneale

L'isteresi corneale viene misurata utilizzando una tecnica a doppia applanazione. Consente di valutare alcune proprietà biomeccaniche della cornea . La gestione del glaucoma e la chirurgia refrattiva corneale sono i due principali campi di applicazione dello studio della biomeccanica corneale.

Nell'ambito dello screening e del monitoraggio dei pazienti glaucomatosi, è importante misurare meglio la pressione intraoculare (PIO) e comprendere gli intricati fattori meccanici che possono far variare le cifre ottenute con i tonometri convenzionali (esempio: tonometria di Goldman). Lo spessore corneale influenza la misurazione della IOP. Inoltre, tenere conto dello spessore corneale (pachimetria corneale) non è sufficiente per descrivere il comportamento biomeccanico della parete corneale. Gli strumenti per la misurazione della pressione intraoculare sono stati calibrati per una pachimetria di 525 µm e trascurano l'influenza delle proprietà viscoelastiche della cornea. L'affidabilità della misurazione con questo tipo di tonometria oculare è quindi soggetta ad una certa imprecisione, tanto maggiore in quanto la cornea del soggetto si discosta dal modello semplificato utilizzato nella tonometria Goldman.

Modifica della potenza ottica della cornea ( cheratotomia radiale indotta ) basata sull'induzione di un cambiamento nella struttura biomeccanica della cornea (incisioni profonde periferiche stromali) senza variazione di volume (assenza di sottrazione tissutale). La bassa prevedibilità e le fluttuazioni refrattive del KR potrebbero essere attribuite a variazioni inter e intraindividuali dei parametri che influenzano lo stato biomeccanico della cornea (pressione intraoculare, rigidità corneale, ecc.).

Le tecniche di fotoablazione laser ad eccimeri sono costruite su un postulato inverso e basano la modifica del potere rifrattivo sul rimodellamento sottrattivo dello stromale, trascurando la possibile reazione biomeccanica. L' ectasia corneale indotta da Lasik potrebbe essere basata sullo scompenso di uno stato biomeccanico corneale precario (riscontrato in pazienti con cheratocono fruste ). La misurazione oggettiva dello stato biomeccanico preoperatorio potrebbe aumentare la sensibilità di rilevamento di queste cornee "a rischio biomeccanico".

Scienze fisiche e scienza dei materiali

Troviamo il fenomeno dell'isteresi nei materiali:

elastici come gli elastomeri ( gomma , polibutadiene, ecc.): i valori rilevati durante la deformazione elastica differiscono da quelli rilevati durante la riduzione delle sollecitazioni . Si parla quindi di isteresi elastica.
magnetico: i valori rilevati durante la magnetizzazione differiscono da quelli rilevati durante la smagnetizzazione . Questa è chiamata isteresi magnetica . Questo fenomeno è spesso considerato indesiderabile.

Si ritrova anche in termodinamica, nei diagrammi di Clapeyron: l'entropia del sistema aumenta dopo ogni trasformazione, in altre parole, la qualità dell'energia diminuisce. Oppure parte di questa energia diventa inutilizzabile. Questa è la seconda legge della termodinamica.

E ancora, nell'elettronica nell'assieme chiamato comparatore a due soglie o trigger di Schmitt o comparatore con isteresi comprendente un amplificatore operazionale in modalità non lineare. La sua uscita digitale va a 1 quando il suo segnale di ingresso analogico attraversa una soglia alta , ma non ricade a 0 fino a quando non attraversa una diversa soglia bassa .

Applicazioni industriali

L'isteresi trova applicazione nel campo della termoidraulica , ad esempio negli scaldacqua solari , dove viene utilizzata per le temperature di innesco di pompe che fanno circolare fluidi in reti termiche.

Scienze umane e sociali

Economia

Per analogia con il fenomeno fisico, l'isteresi o isteresi in economia designa la persistenza di un fenomeno economico quando la sua causa principale è scomparsa. Di ispirazione neoclassica , l'isteresi è un modo per spiegare un fenomeno a medio o lungo termine che non ha una spiegazione ovvia, in particolare per la disoccupazione e l' inflazione .

Economia finanziaria internazionale

Analizzando la finanza di un'economia, cercheremo di ridurre gli squilibri esterni attraverso misure. Possiamo appellarci al fenomeno dell'isteresi per spiegare la mancata reazione dei conti con l'estero a una variazione del tasso di cambio . Il tasso di cambio può dipendere dal mercato quando è fluttuante o dalla banca centrale in cambio fisso.

Una variazione del tasso di cambio deve avere un impatto sulla bilancia commerciale , altrimenti (nessun impatto) faremo riferimento al fenomeno dell'isteresi e alla condizione MLR .

Sociologia

Derivato dalla sua definizione fisica, il concetto di isteresi esiste anche in sociologia .

Così, nella teoria sviluppata in sociologia da Pierre Bourdieu , l' isteresi dell'habitus designa il fenomeno per cui le disposizioni acquisite dalla socializzazione di un individuo in uno spazio sociale definito persistono nel tempo.

In altre parole, anche se l'individuo in questione si trova in uno spazio sociale diverso (cambiamento di status, posizione sociale o evoluzione di questo spazio sociale), tenderà a mantenerlo almeno in parte, o almeno per un certo tempo , le disposizioni iniziali.

Questa isteresi dell'habitus può inoltre portare l'individuo (o meglio, le sue disposizioni) ad una situazione di disadattamento temporaneo o definitivo alle nuove condizioni in vigore nello spazio sociale.

Esistono molti esempi in campo letterario ( Don Chisciotte ), o nella vita di tutti i giorni (gli anziani di fronte all'uso delle nuove tecnologie, l'evoluzione dei rapporti ragazza-ragazzo, i casi di ascensione o regressione sociale, ecc.). Pierre Bourdieu in Le Bal des Celibataire dà un altro esempio di isteresi della habitus nel campo delle strategie matrimoniali dei contadini del Béarn : disposizioni acquisite dagli uomini contadini a Béarn, che erano la norma durante la prima metà del 20 ° . Secolo secolo , e che ha toccato anche i modi di comportarsi con le ragazze, di parlare con loro, di considerarle, come quelle che hanno più direttamente il modo di concepire il matrimonio, la coppia, l'amore, e di valutare le gerarchie sociali basate su criteri tipici dei contadini, sono diventate obsolete con la disintegrazione della società contadina, nella seconda metà del XX ° secolo (tra cui la partenza di ragazze dai villaggi alle città è una componente importante). L' isteresi dell'habitus di certi contadini, talvolta ben inseriti nella gerarchia sociale contadina, è questa inadeguatezza delle iniziali disposizioni contadine al nuovo spazio sociale in cui si trovano "loro malgrado". Questa inadeguatezza è un elemento esplicativo dell'importante celibato di detti contadini.

Teoria del gioco

Durante le simulazioni di gioco, se mettiamo condizioni iniziali diverse, questo può portare a risultati opposti, stabili ma con un equilibrio inefficiente o viceversa.

Note e riferimenti

(in) " Migrazione di un impulso di sedimenti grossolani di fiume rilevato dall'isteresi in onde sismiche generate dal carico del letto " , Earth and Planetary Science Letters , vol. 404,15 ottobre 2014, p. 144–153 ( ISSN 0012-821X , DOI 10.1016 / j.epsl.2014.07.019 , letto online , accesso 18 agosto 2020 )
D Gatinel. Biomeccanica corneale .
Fisica dalla A alla Z, Michael Chapple, Dunod, 2006
Pierre Bourdieu, 2002: The Singles 'Ball. Crisi nella società contadina del Béarn . Points Seuil, Parigi.