Спины и орбиты электронов, по сути, превращают любой атом в крошечный стержневой магнит. Для большинства материалов магнитные моменты этих атомов указывают в случайных направлениях, и их поля сокращаются, не создавая чистого магнетизма.
Напротив, некоторые вещества ферромагнитный и их магнитные моменты спонтанно выравниваются, так что их поля параллельны друг другу и складываются. Это выравнивание ограничено небольшой областью, называемой домен, со многими такими доменами, составляющими ферромагнитный материал.
Хотя они усилили магнитные поля, сами домены ориентированы случайным образом, что опять же не приводит к общему магнетизму. Однако внешнее магнитное поле может выровнять домены так, чтобы их собственные магнитные поля усиливали друг друга, создавая результирующее поле по всему объекту и, следовательно, создавая магнит. Это явление, названное ферромагнетизм, является основой повседневных магнитов. При комнатной температуре только четыре элемента являются ферромагнитными и имеют такое поведение: железо, кобальт, никель и гадолиний.
Использование магнетизма
Магнитомягкие материалы, такие как железо, легко намагничиваются, но домены рандомизируются, как только исчезает внешнее поле; следовательно, материал быстро теряет свой магнетизм. Это свойство полезно для электромагнитов и устройств, таких как записывающие или стирающие головки, которым необходимо создавать временные или быстро меняющиеся магнитные поля.
Твердые магнитные материалы, такие как сталь, труднее намагничивать, а также труднее размагничивать; после снятия внешнего поля они могут сохранять свой магнетизм в течение длительного времени - иногда в течение миллионов лет, что помогает при геологическом датировании горных пород. Поэтому твердые магнитные материалы используются для изготовления постоянных магнитов.
Этот процесс намагничивания имеет широкое практическое применение, и магнитофон является лишь одним из примеров. Лента для записи состоит из длинной тонкой майларовой ленты, покрытой мелкими частицами оксида железа или диоксида хрома. Когда лента движется под записывающей головкой, магнитное поле выравнивает домены на этом покрытии в ответ на музыку или сигнал данных. Впоследствии домены сохраняют сжатое магнитное поле для последующего воспроизведения.
Компьютерные жесткие диски используют практически тот же процесс для хранения магнитных данных на быстро вращающихся пластинах.
Нежелательный магнетизм
После контакта с магнитами или магнитными зажимными столами стальные предметы могут непреднамеренно намагнититься. Обработка, сварка, шлифование и даже вибрация также могут намагничивать сталь. К нежелательным эффектам относятся инструменты, притягивающие металлическую стружку и стружку, шероховатую поверхность после гальванизации и сварные швы, проникающие только с одной стороны.
Точно так же постоянный контакт с магнитной лентой может придать записывающему оборудованию остаточный магнетизм, что увеличивает шум и вызывает неточную запись звука.
Для повторного использования аудиокассету можно восстановить до пустого состояния, пропустив ее по всей длине через стирающую головку, что является утомительным и непрактичным процессом, особенно в больших масштабах. Выброшенные компьютерные жесткие диски могут содержать конфиденциальные или конфиденциальные данные, которые не должны быть доступны другим лицам. В этих случаях носитель записи необходимо размагничивать в большом количестве.
Зачем использовать размагничиватель?
Неприятность нежелательного магнетизма привела к разработке как малых, так и промышленных размагничивающих устройств. Размагничиватель, также известный как размагничиватель, использует электромагниты для создания интенсивных высокочастотных магнитных полей переменного тока. В ответ отдельные домены перестраиваются случайным образом, так что их магнитные поля нейтрализуют или почти нейтрализуют, устраняя или существенно уменьшая нежелательный магнетизм.
Некоторые устройства для размагничивания не используют электричество или электромагниты, а вместо этого имеют магниты из редкоземельных металлов, чтобы обеспечить необходимые мощные магнитные поля.
Этот принцип размагничивания используется и в магнитофонах. Когда лента проходит под стирающей головкой, высокоамплитудное высокочастотное магнитное поле рандомизирует домены для подготовки к записи нового звука или данных. В более крупном масштабе размагничивающие устройства большого объема стирают целые катушки магнитных лент или жестких дисков за один шаг.
Размагничивающая машина может иметь одну из нескольких распространенных конфигураций в зависимости от назначения. Портативный размагничивающий инструмент может размагничивать сверла, долота или мелкие детали, лежащие на плоской поверхности или проходящие через отверстие.
Толстые материалы или большие твердые предметы, возможно, придется пройти через размагничивающий туннель, достаточно большой, чтобы в нем поместился стоящий человек. Частота, напряженность размагничивающего поля и скорость потока должны быть адаптированы к объекту и остаточному магнитному полю, которое стирается.