Magnetiseren – wat gebeurt er fysisch in een magneet?

Magnetiseren is het proces waarbij een materiaal magnetische eigenschappen krijgt doordat microscopisch kleine magnetische domeinen zich grotendeels in één richting uitlijnen. Hoewel het woord magnetiseren vaak wordt gebruikt alsof het om een simpele aan-uit-handeling gaat, is het in werkelijkheid een geleidelijk en fysisch complex proces. Begrip van magnetiseren helpt verklaren waarom magneten zich in de praktijk soms anders gedragen dan verwacht en waarom her-magnetiseren niet altijd het gewenste effect heeft.

Wat betekent magnetiseren?

In veel magnetische materialen zijn de magnetische momenten van atomen gegroepeerd in domeinen. Binnen zo’n domein zijn de magnetische momenten al uitgelijnd, maar zonder magnetiseren staan de domeinen onderling willekeurig georiënteerd. Het netto magnetisch effect is dan klein of zelfs nul. Bij magnetiseren worden deze domeinen door een extern magnetisch veld gedwongen zich steeds meer in dezelfde richting te oriënteren. Naarmate meer domeinen uitlijnen, neemt de magnetisatie van het materiaal toe en wordt de magneet sterker.

Magnetiseren is geen alles-of-niets-proces

Een veelvoorkomend misverstand is dat een magneet “volledig gemagnetiseerd” of “ongemagnetiseerd” is. In werkelijkheid verloopt magnetiseren stapsgewijs. Niet alle domeinen reageren even snel of even sterk op een extern veld. Sommige domeinen draaien mee, andere verplaatsen hun grens, en weer andere blijven vrijwel onveranderd. Dit verklaart waarom magneten bij toenemende veldsterkte geleidelijk sterker worden en waarom het gedrag beschreven kan worden met een hysterese-lus. In magnetische hysterese en remanentie wordt dit proces visueel en conceptueel verder uitgelegd.

Verzadiging: de grens van magnetiseren

Wanneer vrijwel alle magnetische domeinen in dezelfde richting zijn uitgelijnd, bereikt het materiaal magnetische verzadiging. Extra verhoging van het magnetiserend veld leidt dan nauwelijks nog tot extra magnetisatie. Dit punt vormt een natuurlijke bovengrens aan de sterkte van een magneet. Meer achtergrond over dit grensgedrag vind je in magnetische verzadiging van staal, waarin wordt uitgelegd waarom sterker magnetiseren niet onbeperkt mogelijk is.

Remanentie na magnetiseren

Na het wegnemen van het magnetiserende veld keert de magnetisatie niet volledig terug naar nul. Een deel van de uitlijning blijft behouden. Deze resterende magnetisatie wordt remanentie genoemd. Hoe groot die remanentie is, hangt af van het materiaal en van de mate waarin de domeinen stabiel zijn verankerd. Dit restmagnetisme vormt de basis van permanente magneten en wordt uitgebreider besproken in het artikel over hysterese en remanentie.

Waarom sommige magneten stabieler blijven

Niet alle magneten reageren hetzelfde op verstoringen na magnetiseren. De weerstand van een magneet tegen het verliezen van zijn magnetisatie wordt beschreven door de coërciviteit. Magneten met een hoge coërciviteit behouden hun uitlijning beter bij warmte, schokken of externe magnetische velden. De samenhang tussen magnetiseren, remanentie en stabiliteit wordt verder uitgelegd in coërciviteit van magneten.

Her-magnetiseren in de praktijk

Wanneer een magneet kracht heeft verloren, ligt dat vaak aan een gedeeltelijke verstoring van de domeinstructuur. In theorie kan her-magnetiseren deze domeinen opnieuw uitlijnen. In de praktijk lukt dit alleen als het aangelegde magnetische veld sterker is dan de coërciviteit van het materiaal. Daarom heeft her-magnetiseren soms duidelijk effect en soms nauwelijks. Meer hierover lees je in magneet her-magnetiseren.

Invloed van temperatuur en omgeving

Temperatuur speelt een belangrijke rol bij magnetiseren en ontmagnetiseren. Naarmate de temperatuur stijgt, worden thermische bewegingen sterker en kunnen magnetische domeinen gemakkelijker van richting veranderen. Dit maakt magneten gevoeliger voor krachtverlies bij hogere temperaturen, zelfs zonder de Curie-temperatuur te bereiken. Dit temperatuurgedrag wordt verder toegelicht in demagnetisering door hitte en Curie-temperatuur van magneten.

Wat betekent dit voor gebruik van magneten?

Magnetiseren bepaalt niet alleen hoe sterk een magneet is, maar ook hoe voorspelbaar die sterkte blijft in de praktijk. Begrip van het magnetiseerproces helpt bij het kiezen van het juiste magneetmateriaal, het inschatten van levensduur en het verklaren van verschillen tussen opgegeven en ervaren houdkracht. Wie magneten toepast onder wisselende omstandigheden, doet er goed aan niet alleen naar maximale kracht te kijken, maar ook naar stabiliteit en gevoeligheid voor verstoring.

Samenvattend

Magnetiseren is het proces waarbij magnetische domeinen zich uitlijnen onder invloed van een extern magnetisch veld. Het verloopt geleidelijk, kent een grens in verzadiging en laat na afloop remanentie achter. De stabiliteit van die magnetisatie wordt bepaald door coërciviteit. Samen vormen deze begrippen de basis voor het begrijpen van magnetisch gedrag in de praktijk.