Die Spins und Umlaufbahnen der Elektronen verwandeln jedes Atom in einen winzigen Stabmagneten. Bei den meisten Materialien zeigen die magnetischen Momente dieser Atome in zufällige Richtungen und ihre Felder heben sich auf, um keinen Nettomagnetismus zu erzeugen.
Im Gegensatz dazu sind bestimmte Stoffe ferromagnetisch und ihre magnetischen Momente richten sich spontan aus, sodass ihre Felder parallel zueinander sind und sich addieren. Diese Ausrichtung ist auf einen kleinen Bereich namens a. beschränkt Domain, wobei viele solcher Domänen ein ferromagnetisches Material bilden.
Obwohl sie verstärkte Magnetfelder haben, sind die Domänen selbst zufällig orientiert, was wiederum zu keinem Gesamtmagnetismus führt. Ein externes Magnetfeld kann jedoch die Domänen so ausrichten, dass sich ihre eigenen Magnetfelder gegenseitig verstärken, ein Nettofeld im gesamten Objekt erzeugen und somit einen Magneten erzeugen. Dieses Phänomen, genannt Ferromagnetismus, ist die Basis alltäglicher Magnete. Bei Raumtemperatur sind nur vier Elemente ferromagnetisch und haben dieses Verhalten: Eisen, Kobalt, Nickel und Gadolinium.
Anwendungen des Magnetismus
Weichmagnetische Materialien wie Eisen sind leicht zu magnetisieren, aber die Domänen werden randomisiert, sobald das äußere Feld verschwindet; folglich verliert das Material schnell seinen Magnetismus. Diese Eigenschaft ist nützlich für Elektromagnete und Geräte wie Bandaufzeichnungs- oder Löschköpfe, die temporäre oder sich schnell ändernde Magnetfelder erzeugen müssen.
Hartmagnetische Materialien wie Stahl sind schwieriger zu magnetisieren und auch schwerer zu entmagnetisieren; nach Wegnahme des äußeren Feldes können sie ihren Magnetismus für lange Zeit behalten – manchmal über Millionen von Jahren, eine Eigenschaft, die bei der geologischen Datierung von Gesteinen hilft. Daher werden hartmagnetische Materialien zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet.
Dieses Magnetisierungsverfahren hat breite praktische Anwendungen, wobei das Tonbandgerät nur ein Beispiel ist. Das Tonband besteht aus einem langen, dünnen Mylar-Streifen, der mit feinen Eisenoxid- oder Chromdioxidpartikeln beschichtet ist. Wenn sich das Band unter dem Aufzeichnungskopf bewegt, richtet ein Magnetfeld als Reaktion auf das Musik- oder Datensignal Domänen auf dieser Beschichtung aus. Danach behalten die Domänen das eingeprägte Magnetfeld für eine spätere Wiedergabe.
Computer-Festplatten verwenden im Wesentlichen den gleichen Prozess für die magnetische Datenspeicherung auf schnell drehenden Platten.
Unerwünschter Magnetismus
Stahlgegenstände können nach Kontakt mit Magneten oder Magnetspanntischen ungewollt magnetisiert werden. Auch spanende Bearbeitung, Schweißen, Schleifen und sogar Vibration können Stahl magnetisieren. Zu den unerwünschten Effekten zählen Werkzeuge, die Metallspäne und -späne anziehen, eine raue Oberfläche nach dem Galvanisieren und nur einseitig durchdringende Schweißnähte.
In ähnlicher Weise kann ein ständiger Kontakt mit Magnetbändern dem Aufnahmegerät einen Restmagnetismus verleihen, der das Rauschen erhöht und eine ungenaue Tonaufzeichnung verursacht.
Um wiederverwendet zu werden, kann ein Tonband in einen leeren Zustand zurückversetzt werden, indem seine Länge an einem Löschkopf vorbeigeführt wird, ein mühsamer und unpraktischer Vorgang, insbesondere im großen Maßstab. Ausrangierte Computerfestplatten können proprietäre oder sensible Daten enthalten, die anderen nicht zugänglich sein sollten. In diesen Fällen muss das Aufzeichnungsmedium in großen Mengen entmagnetisiert werden.
Warum einen Entmagnetisierer verwenden?
Die Belästigung durch unerwünschten Magnetismus hat zur Entwicklung sowohl kleiner als auch industrieller Entmagnetisierer geführt. Ein Entmagnetisierer, auch bekannt als a Entmagnetisierer, verwendet Elektromagnete, um intensive, hochfrequente magnetische Wechselfelder zu erzeugen. Als Reaktion darauf richten sich einzelne Domänen zufällig neu aus, so dass ihre Magnetfelder sich aufheben oder nahezu aufheben, wodurch unerwünschter Magnetismus eliminiert oder wesentlich reduziert wird.
Einige Entmagnetisierer verwenden keine Elektrizität oder Elektromagnete, sondern verfügen stattdessen über Seltenerdmagnete, um die erforderlichen starken Magnetfelder bereitzustellen.
Dieses Entmagnetisierungsprinzip wird auch bei Tonbandgeräten verwendet. Wenn das Band unter einem Löschkopf hindurchläuft, ordnet ein hochfrequentes Magnetfeld hoher Amplitude die Domänen in Vorbereitung auf das Aufzeichnen von neuem Ton oder Daten zufällig. Im größeren Maßstab löschen Massenentmagnetisierer ganze Spulen von Magnetbändern oder Festplatten in einem einzigen Schritt.
Eine Entmagnetisiermaschine kann je nach Verwendungszweck eine von mehreren gängigen Konfigurationen aufweisen. Ein tragbares Entmagnetisierungswerkzeug entmagnetisiert Bohrer, Meißel oder kleine Teile, die auf einer ebenen Fläche ruhen oder durch ein Loch gehen.
Dicke Materialien oder große feste Gegenstände müssen möglicherweise durch einen Entmagnetisierungstunnel gehen, der groß genug für eine stehende Person ist. Frequenz, Entmagnetisierungsfeldstärke und Durchsatzgeschwindigkeit müssen auf das zu löschende Objekt und Restmagnetfeld abgestimmt sein.