Какво е магнитометър?

Магнитометри(понякога се записва като "магнитомер") измерва силата и посоката на магнитно поле, обикновено се дава в единици тесла. Тъй като металните предмети влизат в контакт или се доближават до магнитното поле на Земята, те проявяват магнитни свойства.

За материали с такъв състав на метали и метални сплави, които позволяват на електроните и заряда да текат свободно, магнитните полета се отдават. Компасът е добър пример за метален обект, който влиза във взаимодействие с магнитното поле на Земята, така че иглата сочи към магнитния север.

Магнитометрите също измерват плътност на магнитния поток, количеството магнитен поток върху определена площ. Можете да мислите за потока като мрежа, която пропуска водата през него, ако се наклоните в посока на течението на реката. Потокът измерва колко от електрическото поле протича през него по този начин.

Можете да определите магнитното поле от тази стойност, ако го измервате върху определена равнинна повърхност, като правоъгълен лист или цилиндричен корпус. Това ви позволява да разберете как магнитното поле, което упражнява сила върху обект или движеща се заредена частица, зависи от ъгъла между областта и полето.

Сензорът на магнитомер открива плътността на магнитния поток, която може да бъде преобразувана в магнитно поле. Изследователите използват магнитометри за откриване на железни отлагания в Земята чрез измерване на магнитното поле, отделено от различни скални структури. Учените могат също да използват магнитометри, за да определят местоположението на корабокрушения и други обекти под морето или под земята.

Магнитометърът може да бъде векторен или скаларен. Векторни магнитометри открийте плътността на потока в определена посока в пространството в зависимост от това как го ориентирате. Скаларни магнитометри, от друга страна, открива само величината или силата на вектора на потока, а не позицията на ъгъла, под който е измерен.

Смартфоните и други клетъчни телефони използват вградени магнитометри за измерване на магнитни полета и определят кой път е на север през тока от самия телефон. Обикновено смартфоните са проектирани с цел да бъдат многоизмерни за приложенията и функциите, които могат да поддържат. Смартфоните също използват изхода от акселерометъра на телефона и GPS устройството, за да определят местоположението и посоките на компаса.

Тези акселерометри са вградени устройства, които могат да определят позицията и ориентацията на смартфоните, като посоката, в която го насочвате. Те се използват във фитнес-базирани приложения и GPS услуги, като се измерва колко бързо телефонът ви се ускорява. Те работят с помощта на сензори на микроскопични кристални структури, които могат да открият точни, малки промени в ускорението чрез изчисляване на силата, упражнявана върху тях.

Химическият инженер Бил Хамак каза, че инженерите създават тези акселерометри от силиций, така че да останат сигурни и стабилни в смартфоните, докато се движат. Тези чипове имат част, която се колебае или се движи напред-назад, която засича сеизмични движения. Мобилният телефон може да открие точното движение на силициев лист в това устройство, за да определи ускорението.

Магнитометърът може да варира значително в начина, по който работи. За простия пример за компас, иглата на компас се подравнява със северната част на магнитното поле на Земята, така че когато е в покой, е в равновесие. Това означава, че сумата от силите, действащи върху него, е нула и теглото на собствената гравитация на компаса се отменя с магнитната сила от Земята, която действа върху него. Въпреки че примерът е прост, той илюстрира свойството на магнетизма, което позволява на други магнитометри да работят.

Електронните компаси могат да определят в коя посока е магнитният север, използвайки явления като Ефект на Хол, магнитоиндукция, или mangetoresistance.

Ефектът на Хол означава, че проводниците, които имат електрически токове, протичащи през тях, създават напрежение, перпендикулярно на полето и посоката на тока. Това означава, че магнитометрите могат да използват полупроводникови материали за преминаване на ток и да определят дали магнитно поле е наблизо. Той измерва начина, по който токът е изкривен или под ъгъл поради магнитното поле, а напрежението, при което това се получава, е Напрежение на Хол, които трябва да са пропорционални на магнитното поле.

Магнитоиндукция методите, за разлика от това, измерват доколко магнетизираният материал е или става, когато е изложен на външно магнитно поле. Това включва създаване криви на размагнитване, известни също като B-H криви или криви на хистерезис, които измерват магнитния поток и силата на магнитната сила през материал, когато са изложени на магнитно поле.

Тези криви позволяват на учените и инженерите да класифицират материали, които съставляват устройства като батерии и електромагнити, в зависимост от това как тези материали реагират на външното магнитно поле. Те могат да определят какъв магнитен поток и сила изпитват тези материали при излагане на външни полета и да ги класифицират по магнитна сила.

И накрая, магнитоустойчивост методите в магнитометрите разчитат на откриването на способността на обекта да променя електрическото съпротивление, когато е изложен на външно магнитно поле. Подобно на магнитоиндукционните техники, магнитометрите използват анизотропно магнитоустойчивост (AMR) на феромагнетиците, материали, които след като са подложени на намагнитване, проявяват магнитни свойства дори след премахването на намагнитването.

AMR включва откриване между посоката на електрическия ток и намагнитването в присъствието на намагнитване. Това се случва, тъй като спиновете на електронните орбитали, които съставляват материала, се преразпределят в присъствието на външно поле.

Спирът на електроните не е начинът, по който електронът всъщност се върти, сякаш е въртящ се връх или топка, а по-скоро е присъщо квантово свойство и форма на ъгловия момент. Електрическото съпротивление има максимална стойност, когато токът е успореден на външно магнитно поле, така че полето да може да бъде изчислено по подходящ начин.

The мангеторезистивни сензори в магнитометрите разчитат на основните закони на физиката при определяне на магнитното поле. Тези сензори показват ефекта на Хол в присъствието на магнитни полета, така че електроните в тях да текат във форма на дъга. Колкото по-голям е радиусът на това кръгово, въртящо се движение, толкова по-голям е пътят, по който преминават заредените частици и толкова по-силно е магнитното поле.

С нарастващи дъгови движения, пътят има и по-голямо съпротивление, така че устройството може да изчисли какъв вид магнитно поле би упражнило тази сила върху заредената частица.

Тези изчисления включват мобилността на носителя или електрона, колко бързо електрон може да се движи през метал или полупроводник в присъствието на външно магнитно поле. При наличието на ефект на Хол понякога се нарича Мобилност на залата.

Математически, магнитната сила F е равно на заряда на частицата q време на кръстосания продукт на скоростта на частицата v и магнитно поле Б.. Приема формата на Уравнение на Лоренц за магнетизъм F = q (v x B) в който х е кръстосаният продукт.

•••Syed Hussain Ather

Ако искате да определите кръстосаното произведение между два вектора а и б, можете да разберете, че полученият вектор ° С има величината на паралелограма, който двата вектора обхващат. Полученият вектор на кръстосан продукт е в посоката, перпендикулярна на а и б дадени от правилото за дясната ръка.

Правилото за дясната ръка ви казва, че ако поставите десния си показалец в посока на вектор b и десния среден пръст в посока на вектор a, полученият вектор ° С отива в посока на десния палец. В диаграмата по-горе е показана връзката между посоките на тези три вектора.

•••Syed Hussain Ather

Уравнението на Лоренц ви казва, че с по-голямо електрическо поле има повече електрическа сила, упражнявана върху движеща се заредена частица в полето. Можете също така да свържете три вектора магнитна сила, магнитно поле и скорост на заредената частица чрез правило отдясно, специално за тези вектори.

В горната диаграма тези три величини съответстват на естествения начин, по който дясната ви ръка сочи в тези посоки. Всеки показалец и среден пръст и палец съответстват на една от връзката.

Магнитометрите също могат да откриват магнитострикция, комбинация от два ефекта. Първият е Джаулов ефект, начинът, по който магнитното поле предизвиква свиване или разширяване на физически материал. Вторият е Ефект на Вилари, как материалът, подложен на външен стрес, се променя в това как реагира на магнитни полета.

Използване на магнитострикционен материал, който показва тези явления по начини, които са лесни за измерване и зависят един от друг, магнитометрите могат да правят още по-прецизни и точни измервания на магнитните поле. Тъй като магнитострикционният ефект е много малък, устройствата трябва да го измерват индиректно.

Fluxgate сензори придават на магнитометъра още по-голяма точност при откриване на магнитни полета. Тези устройства се състоят от две метални намотки с феромагнитни сърцевини, материали, които, след като са подложени на намагнитване, показват магнитни свойства дори след премахването на намагнитването.

Когато определяте магнитния поток или магнитното поле, които са резултат от сърцевината, можете да разберете какъв ток или промяна в тока може да са го причинили. Двете жили са поставени една до друга така, че начинът на навиване на жиците около едната сърцевина отразява другата.

Когато изпращате променлив ток, който обръща посоката си на равни интервали, вие създавате магнитно поле и в двете ядра. Индуцираните магнитни полета трябва да се противопоставят и да се отменят, ако няма външно магнитно поле. Ако има външно, магнитното ядро ​​ще се насити в отговор на това външно поле. Чрез определяне на промяната в магнитното поле или потока можете да определите наличието на тези външни магнитни полета.

Приложенията на всеки магнитометър обхващат различни дисциплини, в които магнитното поле е от значение. В производствените заводи и автоматизираните устройства, които създават и работят върху метални съоръжения, магнитометър може да гарантира това машините поддържат подходяща посока, когато извършват действия като пробиване през метали или нарязване на материали форма.

Лабораториите, които създават и извършват изследвания върху пробни материали, трябва да разберат как различни физически сили като ефекта на Хола влизат в действие при излагане на магнитни полета. Те могат да класифицират магнитни моменти като диамагнитни, парамагнитни, феромагнитни или антиферомагнитни.

Диамагнитни материали нямате или малко несдвоени електрони, така че не проявявайте много магнитно поведение, парамагнитни те имат несдвоени електрони, които позволяват на полетата да текат свободно, феромагнитният материал показва магнит свойства в присъствието на външно поле с електроните се върти успоредно на магнитното домейни и антиферомагнитни материалите имат електронни завъртания антипаралелно на тях.

Археолози, геолози и изследователи в подобни области могат да открият свойствата на материалите във физиката и химията чрез фигуриране разберете как магнитното поле може да се използва за определяне на други магнитни свойства или как да се разположат обекти дълбоко под земното повърхност. Те могат да позволят на изследователите да определят местоположението на находищата на въглища и да картографират вътрешността на Земята. Военните специалисти намират тези устройства за полезни за намиране на подводници, а астрономите са полезни за изследване на това как обектите в космоса са засегнати от магнитното поле на Земята.