Лабиринт магнетизма: ИИ помог японским физикам раскрыть секрет нагрева электродвигателей

Новый математический метод позволил детально визуализировать скрытые энергетические барьеры внутри мягких магнитных материалов при изменении температурВзрывной рост рынка электромобилей резко обострил потребность в повышении энергоэффективности электрических двигателей. Одной из главных технических проблем здесь остаются потери в железе, или потери на

магнитный гистерезис. Это явление возникает, когда магнитные поля внутри работающего двигателя непрерывно и с высокой частотой меняют своё направление. В результате часть электрической энергии безвозвратно превращается в тепло, нагревая сердечник мотора, который изготавливается из мягких магнитных материалов. Поскольку электродвигатели регулярно работают в условиях высоких температур, этот нагрев частично размагничивает материалы, усугубляя проблему и

снижая общий коэффициент полезного действия.Ключевым фактором, определяющим такое поведение сердечника, является динамика магнитных доменов — микроскопических областей внутри материала, обладающих однородной намагниченностью. То, как эти домены расположены и как устроена их структура, напрямую влияет на реакцию материала на нагрев и на объём энергетических потерь. Некоторые мягкие магнитные материалы обладают

чрезвычайно запутанной структурой доменов, которую физики называют лабиринтной или меандровой из-за её зигзагообразного, напоминающего лабиринт внешнего вида. При колебаниях температуры эти лабиринты способны резко и скачкообразно перестраиваться. До сих пор учёные не могли детально описать этот процесс из-за слишком большого числа взаимосвязанных факторов: от

микроструктуры до термодинамической стабильности фаз.Чтобы разобраться в запутанной физике процесса, учёные из Департамента материаловедения и технологий Токийского научного университета объединили усилия с коллегами из Университетов Цукубы, Окаямы и Киото. Они разработали новую

теоретическую модель, получившую название eX-GL — расширенную по признаку энтропии модель Гинзбурга — Ландау. С её помощью физики детально исследовали «энергетический ландшафт» лабиринтных доменов на примере редкоземельного феррита-граната.Иллюстрация: Nano BananaКлассическое компьютерное моделирование слишком сильно упрощает структуру реальных материалов, а физические эксперименты, напротив, показывают всю сложность, но не дают инструментов

для точного математического подсчёта причинно-следственных связей. Разработанный японскими физиками метод представляет собой модель, построенную на строгих законах физики. Она предназначена для того, чтобы на механистическом уровне объяснить, как именно процесс перемагничивания зависит от нагрева среды.Для обучения и проверки модели авторы работы сделали

серию микроскопических снимков магнитных доменов в образце редкоземельного феррита-граната при разных температурах. На первом этапе алгоритм применил продвинутый топологический метод анализа данных — персистентные гомологии. Эта математическая концепция позволяет выявлять скрытые геометрические и структурные неоднородности на изображениях. Затем

система распознавания образов на базе машинного обучения выделила наиболее важные физические признаки из топологических данных. На выходе ИИ построил цифровую карту свободной энергии, которая наглядно показывает, как микроструктура доменов эволюционирует при изменении общего энергетического состояния.Благодаря модели учёные определили ключевой параметр (ему присвоили индекс PC1), который наиболее

точно описывает процесс перемагничивания. Связав математический индекс с реальными физическими свойствами, физики смогли впервые наглядно визуализировать четыре главных скрытых энергетических барьера, которые управляют динамикой лабиринтных доменов. Модель позволила с высокой точностью рассчитать баланс сил и перераспределение энергии между обменным взаимодействием атомов, размагничивающими

эффектами кулоновского типа и термодинамической энтропией.В ходе анализа авторы работы обнаружили важную закономерность: сложность лабиринтных доменов лавинообразно нарастает по мере увеличения общей длины доменных стенок (границ между магнитными участками). Этот рост сложности

подстёгивается тонким балансом между силами энтропии и квантовомеханическими обменными силами. По заявлению руководителя исследования, профессора Коцуги, разработанный метод eX-GL полностью автоматизирует интерпретацию сложнейших процессов перемагничивания. Поскольку свободная энергия служит универсальной термодинамической мерой для всей физики, созданную модель можно масштабировать на другие сложные магнитные и

кристаллические системы.

Сообщает www.ixbt.com

 

Новость из рубрики: Технологии и Hi-Tech

 

Поделиться новостью:

 

Топ Новости Недели

• Профессиональное онлайн-образование в Московском Институте Психологии становится удобным и современным способом получить востребованную специальность...
• Профессиональное онлайн-образование в Московском Институте Психологии представляет собой современный и удобный формат получения знаний, который помогает совмещать обучение с другими жизненными задачами...
• При оформлении займа важно внимательно изучать условия договора и рассчитывать финансовую нагрузку...
• Уборка квартир с привлечением профессиональных клининговых услуг является удобным и эффективным решением для поддержания чистоты, уюта и порядка в жилом пространстве...
• Гараж из сэндвич панелей представляет собой современное и практичное решение для владельцев автомобилей...
• Займ на 3 дня без процентов — это удобное решение для краткосрочных финансовых задач...
• Давака представляет собой удобный и эффективный инструмент для получения краткосрочной финансовой поддержки...
• Настольные ПК остаются универсальным решением для самых разных задач — от повседневной работы до профессиональной деятельности и современных игр...
• Имплантация зубов является оптимальным решением при различных формах потери зубов...
• Запчасти Dongfeng играют важную роль в поддержании надежности и эффективности коммерческого транспорта...
• Бурение колодцев в Московской области является важным этапом в организации автономного водоснабжения...
• Современный рынок электронной коммерции и оптовой торговли в России активно развивается, и качественная логистика становится ключевым фактором успеха...
• Онлимед представляет собой современное решение для закупки медицинских товаров, объединяющее удобство, надежность и широкий ассортимент...
• Стеклофибробетон представляет собой эффективное решение для оформления фасадов, объединяя в себе прочность, легкость, долговечность и эстетическую выразительность...
• Выбор стоматолога для ребенка требует внимательного подхода и учета множества факторов...
• Электроинструмент от ТМ EMTOP выделяется среди аналогичных продуктов на рынке благодаря своей надежности, функциональности и доступности...
• Интимная гигиена является важной частью ежедневного ухода за телом, напрямую влияя на комфорт и здоровье...
• Лечение зубов с применением современных методик художественной реставрации является эффективным решением для восстановления здоровья и красоты улыбки...
• Семяныч безопасность: почему одинаковый уход даёт разные результаты...
• Зачем лечить глубокий прикус?...