Визуализация магнитной записи

Каждому памятен школьный опыт: на картонку, покрывающую полюса магнита, насыпают железные опилки, и они выстраиваются по силовым линиям, наглядно демонстрируя конфигурацию магнитного поля.

Первый магнитофон, не очень похожий на современные, но использующий тот же, что и сейчас, принцип магнитной записи звука, появился в 1898 году. Правда, запись велась без усилителей, без подмагничивания, на стальную ленту типа применяемой сейчас для обивки деревянной тары. И вскоре кому-то пришла в голову мысль, что след, нанесенный на стальную ленту, можно сделать видимым, посыпав ленту теми же железными опилками. На ленте действительно появились поперечные полоски, соответствующие "волнам" намагниченности. Но и первый магнитофон и первые попытки сделать магнитную фонограмму видимой остались в истории техники всего лишь курьезами.

Видимый след на магнитной ленте

Появились ламповые усилители, была изобретена гибкая магнитная лента. Особенно важной оказалась идея подмагничивания. На записываемый звук накладывается ультразвук, производимый специальным генератором. Неслышимые высокочастотные колебания как бы "перетряхивают" магнитный материал ленты, делая его более восприимчивым к записи. Все эти изобретения вызвали второе рождение магнитофона. И очень скоро оказалось, что техника Визуализации (от латинского слова, означающего "делать видимым") бывает в некоторых случаях незаменимой. От железных опилок давно отказались: опилки, какими бы мелкими они ни были, чересчур грубы. Для выявления мельчайших магнитных волн на ленте стали применять сначала восстановленное железо - тонкий порошок, полученный химическим способом, а в последнее десятилетие - так называемые магнитные жидкости.

Это интереснейшие вещества, представляющие собой коллоидные взвеси мельчайших магнитных частиц в воде, масле, глицерине или другой жидкости. Долгое время получить стабильную магнитную жидкость не удавалось: магнитные частицы, даже хорошо размешанные в жидкости, стремились собраться, сбиться в плотный комок. Успех пришел к ученым только тогда, когда к суспензии добавили поверхностно активные вещества. Длинные молекулы этих веществ, обволакивая каждую частицу, создают между частицами подушки, все уплотняющиеся по мере сближения частиц и расталкивающие их.

Более новая магнитная жидкость - взвесь частиц окислов железа, обычно магнетита или гематита со средним диаметром около 10 нанометров (миллиардных долей метра). Такие мелкие пылинки получают перемалыванием исходного сырья в коллоидных шаровых мельницах в течение нескольких недель или же химическим путем, осаждая их из растворов при реакции железосодержащего вещества с реагентом, вызывающим выпадение железных окислов в осадок.

Процесс визуализации магнитной записи с помощью магнитных жидкостей несложен. Жидкость наносят на поверхность ленты. Магнитные пылинки скапливаются в тех местах, где лента намагничена. Под микроскопом эти скопления можно видеть. Во многих случаях после нанесения магнитной жидкости удобно испарить ее жидкую основу, тогда на ленте останутся просто скопления магнитных частиц.

Если четверть века назад с помощью самых тонких существовавших тогда магнитных порошков удавалось сделать видимой запись звука с частотой не выше 5-7 тысяч герц, и то если запись делалась при большой скорости ленты, то современные магнитные жидкости позволяют визуализировать даже видеозаписи (частота порядка миллиона герц).

Достаточно плотная магнитная запись, с расстояниями между гребнями магнитного поля порядка нескольких микрометров под микроскопом при рассматривании в отраженном свете представляет интересную цветную картину (см. цветную вкладку). Вследствие дифракции падающий сбоку на ряды магнитных частиц белый свет разлагается на визуализованной записи, как на дифракционной решетке.

В некоторых случаях нежелательно увлажнять поверхность ленты, наносить прямо на нее магнитную жидкость. Тогда используется сухой метод визуализации.

Для него был разработан магнетоскоп.

Это коробочка, дно которой сделано из тонкой железной фольги, в крышку вставлена лупа. В коробочке - магнитная жидкость из сравнительно крупных пластинчатых частиц, размешанных в воде. Эти пластинки не столько перемещаются, сколько поворачиваются под действием внешнего магнитного поля, и жидкость в этом месте начинает иначе отражать свет, что хорошо заметно уже при небольшом увеличении. Однако с помощью такого магнетоскопа можно делать видимыми магнитные записи с расстоянием между гребнями волн не менее толщины фольги, которая использована в донышке прибора. Фольга из мягкого железа воспринимает намагниченность ленты и передает ее магнитной жидкости. Толщина фольги- около одной десятой миллиметра, такой же величиной ограничена и разрешающая способность магнетоскопа.

Наиболее высокое качество визуализации обеспечивает магнитная жидкость, разработанная специально для этой цели. Она состоит из керосина со взвешенными в нем частицами магнетита. Размер частиц - всего около 10 нанометров - позволяет делать видимой структуру даже плотных высокочастотных записей. Жидкость наносят на ленту тонкой кисточкой, затем смывают керосин и не притянутые магнитными полями частицы органическим растворителем, который высушивают потоком воздуха - и можно наблюдать получившуюся картину под микроскопом. Удается делать видимыми записи, промежутки между гребнями волн которых составляют всего один микрометр. Визуализация магнитной записи, конечно, не просто интересный физический фокус. Она применяется для контроля качества записи, ее носителей (магнитных лент, дисков, барабанов), записывающих головок и механической части магнитофонов и видеомагнитофонов. Многие недостатки, которые иначе пришлось бы выявлять с помощью тонких и сложных приборов, здесь видны, что называется, почти невооруженным глазом (микроскоп все же, как правило, нужен). Так, после обработки магнитной жидкостью хорошо заметны дефекты в покрытии магнитной ленты, малейшие отклонения в установке магнитной головки. Примеры таких дефектов можно видеть на некоторых иллюстрациях, сопровождающих эту статью.

Слева - участок видеозаписи, визуализированный с помощью магнитной жидкости и сфотографированный через микроскоп. Заметно, что записывающие головки видеомагнитофона были плохо отъюстированы: расстояние между дорожками записи не везде одинаково.

http://psyhotronika.ru/sled-na-lente/