ما هو مقياس المغناطيسية؟

مقياس المغناطيسية(تكتب أحيانًا باسم "مقياس مغناطيسي") تقيس قوة واتجاه حقل مغناطيسي، عادة بوحدات تسلا. عندما تتلامس الأجسام المعدنية مع المجال المغناطيسي للأرض أو تقترب منه ، فإنها تظهر خصائص مغناطيسية.

بالنسبة للمواد التي تحتوي على مثل هذه التركيبة من المعادن والسبائك المعدنية التي تسمح للإلكترونات والشحن بالتدفق بحرية ، يتم إعطاء المجالات المغناطيسية. البوصلة هي مثال جيد على تفاعل جسم معدني مع المجال المغناطيسي للأرض بحيث تشير الإبرة إلى الشمال المغناطيسي.

تقيس مقاييس المغناطيسية أيضًا كثافة التدفق المغناطيسي، كمية التدفق المغناطيسي فوق منطقة معينة. يمكنك التفكير في التدفق على أنه شبكة تسمح للمياه بالتدفق خلالها إذا كنت زاوية في اتجاه تيار النهر. يقيس التدفق مقدار تدفق المجال الكهربائي من خلاله بهذه الطريقة.

يمكنك تحديد المجال المغناطيسي من هذه القيمة إذا قمت بقياسه على سطح مستو معين مثل ورقة مستطيلة أو علبة أسطوانية. يتيح لك هذا معرفة كيف يعتمد المجال المغناطيسي الذي يمارس قوة على جسم أو جسيم مشحون متحرك على الزاوية بين المنطقة والحقل.

يكتشف مستشعر مقياس مغناطيسي كثافة التدفق المغناطيسي التي يمكن تحويلها إلى مجال مغناطيسي. يستخدم الباحثون مقاييس المغناطيسية للكشف عن رواسب الحديد في الأرض عن طريق قياس المجال المغناطيسي المنبعث من الهياكل المختلفة للصخور. يمكن للعلماء أيضًا استخدام أجهزة قياس المغناطيسية لتحديد مواقع حطام السفن والأشياء الأخرى تحت سطح البحر أو تحت الأرض.

يمكن أن يكون مقياس المغناطيسية متجهًا أو عدديًا. ناقلات المغناطيسية اكتشاف كثافة التدفق في اتجاه معين في الفضاء اعتمادًا على كيفية توجيهها. مقياس المغناطيسية العددي، من ناحية أخرى ، اكتشف فقط حجم أو قوة متجه التدفق ، وليس موضع الزاوية التي يتم قياسها بها.

تستخدم الهواتف الذكية والهواتف المحمولة الأخرى مقاييس مغناطيسية مدمجة لقياس المجالات المغناطيسية وتحديد اتجاه الشمال عبر التيار من الهاتف نفسه. عادةً ما يتم تصميم الهواتف الذكية بغرض أن تكون متعددة الأبعاد للتطبيقات والميزات التي يمكنها دعمها. تستخدم الهواتف الذكية أيضًا الإخراج من مقياس تسارع الهاتف ووحدة GPS لتحديد الموقع واتجاهات البوصلة.

أجهزة قياس التسارع هذه عبارة عن أجهزة مدمجة يمكنها تحديد موضع واتجاه الهواتف الذكية مثل الاتجاه الذي تشير إليه. تُستخدم في التطبيقات القائمة على اللياقة البدنية وخدمات GPS عن طريق قياس سرعة تسريع هاتفك. وهي تعمل باستخدام مستشعرات الهياكل البلورية المجهرية التي يمكنها اكتشاف التغيرات الدقيقة والدقيقة في التسارع عن طريق حساب القوة التي تمارس عليها.

قال المهندس الكيميائي بيل هاماك إن المهندسين يصنعون مقاييس التسارع هذه من السيليكون بحيث تظل آمنة ومستقرة في الهواتف الذكية أثناء تحركها. تحتوي هذه الرقائق على جزء يتأرجح أو يتحرك ذهابًا وإيابًا ، والذي يكتشف الحركات الزلزالية. يمكن للهاتف الخلوي اكتشاف الحركة الدقيقة لصفائح السيليكون في هذا الجهاز لتحديد التسارع.

يمكن أن يختلف مقياس المغناطيسية اختلافًا كبيرًا في كيفية عمله. على سبيل المثال البسيط للبوصلة ، فإن إبرة البوصلة تحاذي نفسها مع شمال المجال المغناطيسي للأرض بحيث تكون في حالة توازن عندما تكون في حالة سكون. هذا يعني أن مجموع القوى المؤثرة عليها يساوي صفرًا وأن وزن جاذبية البوصلة نفسها يتلاشى مع القوة المغناطيسية من الأرض التي تؤثر عليها. على الرغم من أن المثال بسيط ، إلا أنه يوضح خاصية المغناطيسية التي تسمح لمقاييس المغناطيسية الأخرى بالعمل.

يمكن للبوصلة الإلكترونية تحديد اتجاه الشمال المغناطيسي باستخدام ظواهر مثل تأثير القاعة, الحث المغناطيسي، أو مقاومة المانجا.

يعني تأثير هول أن الموصلات التي تتدفق من خلالها تيارات كهربائية تخلق جهدًا عموديًا على مجال واتجاه التيار. وهذا يعني أن أجهزة قياس المغناطيسية يمكنها استخدام مادة شبه موصلة لتمرير التيار خلالها وتحديد ما إذا كان هناك مجال مغناطيسي قريب. يقيس الطريقة التي يتم بها تشويه التيار أو زاويته بسبب المجال المغناطيسي ، والجهد الذي يحدث عنده هو فولطية القاعة، والتي يجب أن تكون متناسبة مع المجال المغناطيسي.

الحث المغنطيسي الطرق ، على النقيض من ذلك ، تقيس كيف تكون المادة ممغنطة أو تصبح ممغنطة عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. هذا ينطوي على خلق منحنيات إزالة المغناطيسية، والمعروفة أيضًا باسم منحنيات BH أو منحنيات التخلفية ، والتي تقيس التدفق المغناطيسي وقوة القوة المغناطيسية من خلال مادة عند تعرضها لمجال مغناطيسي.

تتيح هذه المنحنيات للعلماء والمهندسين تصنيف المواد التي تشكل الأجهزة مثل البطاريات والمغناطيسات الكهربائية وفقًا لكيفية استجابة هذه المواد للحقل المغناطيسي الخارجي. يمكنهم تحديد التدفق المغناطيسي وإجبار هذه المواد عند تعرضها للمجالات الخارجية وتصنيفها بالقوة المغناطيسية.

أخيرا، المقاومة المغناطيسية تعتمد الطرق في أجهزة قياس المغناطيسية على اكتشاف قدرة الجسم على تغيير المقاومة الكهربائية عند تعرضها لمجال مغناطيسي خارجي. على غرار تقنيات الحث المغنطيسي ، تستغل مقاييس المغناطيسية المقاومة المغناطيسية متباينة الخواص (AMR) للمغناطيسات الحديدية ، المواد التي ، بعد تعرضها للمغنطة ، تظهر خصائص مغناطيسية حتى بعد إزالة المغنطة.

يتضمن AMR الكشف بين اتجاه التيار الكهربائي والمغنطة في وجود المغنطة. يحدث هذا عندما تقوم دوران المدارات الإلكترونية التي تشكل المادة بإعادة توزيع نفسها في وجود مجال خارجي.

إن دوران الإلكترون ليس هو الطريقة التي يدور بها الإلكترون في الواقع كما لو كان كرة أو قمة دوارة ، ولكنه بالأحرى خاصية كمومية جوهرية وشكل من أشكال الزخم الزاوي. للمقاومة الكهربائية قيمة قصوى عندما يكون التيار موازيًا لمجال مغناطيسي خارجي بحيث يمكن حساب المجال بشكل مناسب.

ال أجهزة استشعار مانغيتوريستيف في مقاييس المغناطيسية تعتمد على قوانين الفيزياء الأساسية في تحديد المجال المغناطيسي. تعرض هذه المستشعرات تأثير هول في وجود مجالات مغناطيسية بحيث تتدفق الإلكترونات الموجودة بداخلها في شكل قوس. وكلما زاد نصف قطر هذه الحركة الدائرية الدورانية ، زاد المسار الذي تسلكه الجسيمات المشحونة وكان المجال المغناطيسي أقوى.

مع زيادة حركات القوس ، يكون للمسار مقاومة أكبر أيضًا ، لذا يمكن للجهاز حساب نوع المجال المغناطيسي الذي سيؤثر على الجسيم المشحون.

تتضمن هذه الحسابات الحامل أو تنقل الإلكترون ، ومدى سرعة تحرك الإلكترون عبر معدن أو أشباه موصلات في وجود مجال مغناطيسي خارجي. في وجود تأثير هول ، يطلق عليه أحيانًا اسم التنقل في القاعة.

رياضيا ، القوة المغناطيسية F يساوي شحنة الجسيم ف وقت حاصل الضرب الاتجاهي لسرعة الجسيم الخامس والمجال المغناطيسي ب. يأخذ شكل معادلة لورنتز للمغناطيسية F = q (ع × ب) بحيث x هو حاصل الضرب التبادلي.

•••سيد حسين أثير

إذا كنت تريد تحديد حاصل الضرب التبادلي بين متجهين أ و ب، يمكنك معرفة أن المتجه الناتج ج مقدار متوازي الأضلاع الذي يمتد عليه المتجهان. يكون متجه المنتج العرضي الناتج في الاتجاه العمودي على أ و ب معطى بقاعدة اليد اليمنى.

تخبرك قاعدة اليد اليمنى أنه إذا وضعت إصبعك الأيمن في اتجاه المتجه b وإصبعك الأوسط الأيمن في اتجاه المتجه a ، فإن المتجه الناتج ج يسير في اتجاه إبهامك الأيمن. في الرسم البياني أعلاه ، تظهر العلاقة بين اتجاهات المتجهات الثلاثة هذه.

•••سيد حسين أثير

تخبرك معادلة لورنتز أنه مع وجود مجال كهربائي أكبر ، يكون هناك المزيد من القوة الكهربائية المؤثرة على جسيم مشحون متحرك في هذا المجال. يمكنك أيضًا ربط ثلاثة متجهات القوة المغناطيسية والمجال المغناطيسي وسرعة الجسيم المشحون من خلال قاعدة اليد اليمنى تحديدًا لهذه المتجهات.

في الرسم البياني أعلاه ، تتوافق هذه الكميات الثلاث مع الطريقة الطبيعية التي تشير بها يدك اليمنى في هذه الاتجاهات. يتوافق كل مؤشر وإصبع وسط وإبهام مع أحد العلاقة.

يمكن أيضًا الكشف عن أجهزة قياس المغنطيسية تضيق مغناطيسي، مزيج من تأثيرين. الأول هو تأثير الجول، الطريقة التي يتسبب بها المجال المغناطيسي في تقلص أو تمدد مادة فيزيائية. والثاني هو تأثير فيلاري، كيف تتغير المادة المعرضة للإجهاد الخارجي في كيفية استجابتها للمجالات المغناطيسية.

استخدام مادة تقبض مغناطيسي تعرض هذه الظواهر بطرق يسهل قياسها و تعتمد المقاييس المغناطيسية على بعضها البعض ، ويمكنها إجراء قياسات أكثر دقة ودقة للمغناطيسية مجال. نظرًا لأن تأثير التقبض المغناطيسي صغير جدًا ، تحتاج الأجهزة إلى قياسه بشكل غير مباشر.

مجسات فلوكسجيت تعطي مقياس المغناطيسية دقة أكبر في الكشف عن المجالات المغناطيسية. تتكون هذه الأجهزة من ملفين معدنيين مع نوى مغناطيسية حديدية ، والمواد التي ، بعد تعرضها للمغنطة ، تظهر خصائص مغناطيسية حتى بعد إزالة المغنطة.

عندما تحدد التدفق المغناطيسي أو المجال المغناطيسي الناتج عن اللب ، يمكنك معرفة ما قد يكون سببه التيار أو التغير في التيار. يتم وضع النوى بجانب بعضهما البعض بحيث تكون الطريقة التي يتم بها لف الأسلاك حول قلب واحد مرآة أخرى.

عندما ترسل تيارًا مترددًا ، تيارًا يعكس اتجاهه على فترات منتظمة ، فإنك تنتج مجالًا مغناطيسيًا في كلا النوى. يجب أن تتعارض الحقول المغناطيسية المستحثة مع بعضها البعض وتلغي بعضها البعض إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي خارجي. إذا كان هناك قلب خارجي ، فإن النواة المغناطيسية ستشبع نفسها استجابة لهذا المجال الخارجي. من خلال تحديد التغيير في المجال المغناطيسي أو التدفق ، يمكنك تحديد وجود هذه المجالات المغناطيسية الخارجية.

تطبيقات أي نطاق مغناطيسي عبر التخصصات التي يكون المجال المغناطيسي مناسبًا لها. في مصانع التصنيع والأجهزة الآلية التي تصنع وتعمل على المعدات المعدنية ، يمكن لمقياس المغناطيسية أن يضمن ذلك تحتفظ الآلات بالاتجاه المناسب عند قيامها بأعمال مثل الحفر في المعادن أو قطع المواد فيها شكل.

تحتاج المعامل التي تنشئ وتجري أبحاثًا على عينات المواد إلى فهم كيفية تأثير القوى الفيزيائية المختلفة مثل تأثير هول عند تعرضها للمجالات المغناطيسية. يمكنهم التصنيف لحظات مغناطيسية كالمغناطيسية أو شبه المغناطيسية أو المغناطيسية المغناطيسية أو المغناطيسية المضادة.

المواد ديامغناطيسية ليس لديهم إلكترونات أو عدد قليل من الإلكترونات غير المزاوجة ، لذا لا تظهر سلوكًا مغناطيسيًا كبيرًا ، مغناطيسي منها لديها إلكترونات غير متزاوجة للسماح للحقول بالتدفق بحرية ، وتظهر المواد المغناطيسية المغناطيسية الخصائص في وجود مجال خارجي مع دوران الإلكترون موازٍ للمغناطيسي المجالات و مضاد مغناطيسي المواد لديها الإلكترون يدور عكسها.

يمكن لعلماء الآثار والجيولوجيين والباحثين في مجالات مماثلة اكتشاف خصائص المواد في الفيزياء والكيمياء عن طريق تحديدها اكتشف كيف يمكن استخدام المجال المغناطيسي لتحديد الخصائص المغناطيسية الأخرى أو كيفية تحديد موقع الأجسام في الأعماق تحت الأرض سطح - المظهر الخارجي. يمكنهم السماح للباحثين بتحديد موقع رواسب الفحم ورسم خريطة باطن الأرض. يجد المحترفون العسكريون هذه الأجهزة مفيدة لتحديد مواقع الغواصات ، ويجدها علماء الفلك مفيدة لاستكشاف كيفية تأثر الأجسام في الفضاء بالمجال المغناطيسي للأرض.