W efekcie spiny i orbity elektronów zamieniają każdy atom w maleńki magnes sztabkowy. W przypadku większości materiałów momenty magnetyczne tych atomów są skierowane w przypadkowych kierunkach, a ich pola znoszą się, nie wytwarzając magnetyzmu netto.
Natomiast niektóre substancje są ferromagnetyczny a ich momenty magnetyczne spontanicznie wyrównują się tak, że ich pola są do siebie równoległe i sumują się. To wyrównanie jest ograniczone do małego regionu zwanego a domena, z wieloma takimi domenami tworzącymi materiał ferromagnetyczny.
Chociaż mają wzmocnione pola magnetyczne, same domeny są zorientowane losowo, co ponownie skutkuje brakiem ogólnego magnetyzmu. Zewnętrzne pole magnetyczne może jednak wyrównać domeny, dzięki czemu ich własne pola magnetyczne wzmacniają się nawzajem, wytwarzając pole netto w całym obiekcie, a tym samym tworząc magnes. Zjawisko to, zwane ferromagnetyzm, to podstawa codziennych magnesów. W temperaturze pokojowej tylko cztery pierwiastki są ferromagnetyczne i tak się zachowują: żelazo, kobalt, nikiel i gadolin.
Zastosowania magnetyzmu
Miękkie materiały magnetyczne, takie jak żelazo, są łatwe do namagnesowania, ale domeny są losowe, gdy tylko zniknie zewnętrzne pole; w konsekwencji materiał szybko traci swój magnetyzm. Ta właściwość jest przydatna w przypadku elektromagnesów i urządzeń, takich jak głowice nagrywające lub kasujące, które muszą generować tymczasowe lub szybko zmieniające się pola magnetyczne.
Materiały magnetycznie twarde, takie jak stal, są trudniejsze do namagnesowania, a także trudniejsze do rozmagnesowania; po usunięciu pola zewnętrznego mogą długo zachować swój magnetyzm – czasami przez miliony lat, co pomaga w geologicznym datowaniu skał. Dlatego do wytwarzania magnesów trwałych stosuje się materiały magnetycznie twarde.
Ten proces magnesowania ma szerokie zastosowanie praktyczne, a magnetofon jest tylko jednym z przykładów. Taśma rejestrująca składa się z długiego, cienkiego paska Mylar pokrytego drobnymi cząstkami tlenku żelaza lub dwutlenku chromu. Gdy taśma przesuwa się pod głowicą nagrywającą, pole magnetyczne wyrównuje domeny na tej powłoce w odpowiedzi na sygnał muzyczny lub dane. Następnie domeny zachowują wyciśnięte pole magnetyczne do późniejszego odtworzenia.
Komputerowe dyski twarde wykorzystują zasadniczo ten sam proces do magnetycznego przechowywania danych na szybko obracających się talerzach.
Niepożądany magnetyzm
Po zetknięciu się z magnesami lub magnetycznymi stołami mocującymi stalowe przedmioty mogą zostać przypadkowo namagnesowane. Obróbka skrawaniem, spawanie, szlifowanie, a nawet wibracje również mogą namagnesować stal. Niepożądane efekty obejmują narzędzia, które przyciągają metalowe wióry i wióry, szorstką powierzchnię po galwanizacji oraz spawy, które przenikają tylko z jednej strony.
Podobnie, stały kontakt z taśmą magnetyczną może przekazywać magnetyzm szczątkowy do sprzętu nagrywającego, co zwiększa hałas i powoduje niedokładne nagrywanie dźwięku.
W celu ponownego użycia, taśma audio może zostać przywrócona do stanu pustego, przesuwając ją wzdłuż głowicy kasującej, co jest żmudnym i niepraktycznym procesem, zwłaszcza na dużą skalę. Zużyte dyski twarde komputera mogą zawierać zastrzeżone lub wrażliwe dane, które nie powinny być dostępne dla innych. W takich przypadkach nośnik zapisu musi zostać rozmagnesowany luzem.
Dlaczego warto używać demagnetyzera?
Uciążliwość niepożądanego magnetyzmu doprowadziła do rozwoju zarówno małych, jak i przemysłowych demagnetyzerów. Demagnetyzer, znany również jako rozmagnesować, wykorzystuje elektromagnesy do generowania silnych pól magnetycznych prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości. W odpowiedzi, poszczególne domeny dopasowują się losowo, tak że ich pola magnetyczne znoszą się lub prawie znoszą, eliminując lub znacznie zmniejszając niepożądany magnetyzm.
Niektóre demagnetyzery nie wykorzystują elektryczności ani elektromagnesów, ale zamiast tego mają magnesy ziem rzadkich, aby zapewnić niezbędne silne pola magnetyczne.
Ta zasada rozmagnesowania jest również stosowana w magnetofonach. Gdy taśma przechodzi pod głowicą kasującą, pole magnetyczne o wysokiej amplitudzie i wysokiej częstotliwości losuje domeny, przygotowując je do nagrania nowego dźwięku lub danych. Na większą skalę demagnetyzery masowe usuwają całe szpule taśm magnetycznych lub dysków twardych w jednym kroku.
Maszyna demagnetyzująca może mieć jedną z kilku typowych konfiguracji, w zależności od przeznaczenia. Przenośne narzędzie do demagnetyzowania rozmagnesowuje wiertła, dłuta lub małe części spoczywające na płaskiej powierzchni lub przechodzące przez otwór.
Grube materiały lub duże lite przedmioty mogą wymagać przejścia przez tunel demagnetyzujący wystarczająco duży, aby zmieścić się na stojącej osobie. Częstotliwość, siła pola demagnetyzującego i prędkość przepustowa muszą być dostosowane do usuwanego obiektu i szczątkowego pola magnetycznego.
