Hysterese
hyster + ese | auch Hysteresis; wissenschaftlicher, nicht wortgetreue Bedeutung ist „Nachwirkung, Mangel“; grie. hysteros „hinterher, später“), ist eine Änderung der Wirkung, die verzögert gegenüber einer Änderung der Ursache auftritt (z. B. bei der Heizungsregelung der Unterschied von Ein- und Ausschalttemperatur).
Geprägt von Sir James Alfred Ewing zu agr. hustérēsis, „Mangel“, aus husteréō, „ich komme zu spät, komme zu kurz“, aus hústeros, „später“ + -éō; Die Komparativform eines unbestätigten Egsw. mit dem Superlativ von hústatos, zu uig. *údteros „höher, außen“ von *úd „nach oben, weg“, ahd. uz "heraus (nach oben hin, von unten her".
Hysterese charakterisiert ein – bezogen auf die Eingangsgröße (bspw. einem Sollwert) – veränderliches verzögertes Verhalten der bewirkten Ausgangsgröße (bspw. der Istwert), welche ihr Höchstmaß bzw. ihr Mindestmaß erreicht hat.
Allgemein formuliert handelt es sich bei Hysterese um ein Systemverhalten, bei dem die Ausgangsgröße nicht allein von der unabhängig veränderlichen Eingangsgröße, sondern auch vom vorherigen Zustand der Ausgangsgröße abhängt.
Das System kann also – abhängig von der Vorgeschichte – bei gleicher Eingangsgröße einen von mehreren möglichen Zuständen einnehmen. Dieses Verhalten wird auch Pfadabhängigkeit genannt, so daß das Verhalten scheinbar einem vorbestimmten Pfad entlang erfolgt, es je nach System, Medium oder physikalischer Größe entlang einer bspw. Hystereseschleife folgt.
Bild 1: Hystereseschleife/Hysteresekurve: Elektrisches Verschiebungsfeld D eines ferroelektrischen Materials, da das elektrische Feld E zuerst verringert und dann erhöht wird. Die Kurven bilden eine Hystereseschleife.
Hysterese ist die Abhängigkeit des Zustands eines Systems von seiner Historie. Beispielsweise kann ein Magnet mehr als ein mögliches magnetisches Moment in einem gegebenen Magnetfeld haben, je nachdem, wie sich das Feld in der Vergangenheit verändert hat. Diagramme einer einzelnen Komponente des Moments bilden oft eine Schleife oder Hysteresekurve, bei der es unterschiedliche Werte einer Variablen gibt, abhängig von der Richtung der Änderung einer anderen Variablen.
Diese Geschichtsabhängigkeit ist die Grundlage des Gedächtnisses in einem Festplattenlaufwerk und der Remanenz, die Aufzeichnungen über die Stärke des Erdmagnetfelds in der Vergangenheit enthält. Hysterese tritt in ferromagnetischen und ferroelektrischen Materialien sowie bei der Verformung von Gummibändern und Formgedächtnislegierungen und vielen anderen natürlichen Phänomenen auf. In natürlichen Systemen ist es oft mit irreversiblen thermodynamischen Änderungen wie Phasenübergängen und mit innerer Reibung verbunden; und Dissipation ist eine häufige Nebenwirkung.
Bild 2. Scharfe Hystereseschleife
Bild 3: Elastische Hysterese eines idealisierten Gummibandes. Der Bereich in der Mitte der Hystereseschleife ist die Energie, die aufgrund innerer Reibung dissipiert wird.
Bild 4: Hysteresekurven von gewöhnlichem, kornorientiertem Elektrostahl bei verschiedenen sinusförmigen Flussdichten; BR kennzeichnet die Remanenz, HC die Koerzitivfeldstärke