Næsten alle har brugt en slags enhed, der giver mulighed for bestemmelse af traditionelle retninger - nord, syd, øst, vest og kombinationer deraf. Dagen for unge, der boltrer sig, selvom skoven med håndholdte modeller udstyret med en egentlig kompassnål, er dog stort set faldet i affaldsspanden i navigationshistorien.
I dag er næsten alle smartphones udstyret med GPS-modtagere (Global Positioning System), der giver brugerne mulighed for at finde ud af, hvor de er på Jordens retningsbestemte "gitter" inden for få meter. Denne teknologi er afhængig af et netværk af satellitter i en kontinuerlig bane højt over Jordens atmosfære. Men før moderne raket, baserede navigatorer sig på en nu forældet, men usædvanlig smart måde at bestemme retning på.
EN magnetisk kompas er et værktøj, der grundlæggende tillader bestemmelse af et referencepunkt eller område på Jorden svarende til magnetisk nord. Dette er lidt anderledes end ægte nord, men med de forskellige korrektionsfaktorer, der kræves forskellige steder rundt omkring kloden er nu kendt, forbliver et godt magnetisk kompas godt nok til at få en praktiseret bruger fra sted til sted helt pænt.
Magneter og grundlæggende magnetfelt
Magnetisme er et udtryk, der beskriver et matematisk forudsigeligt sæt effekter på partikler og systemer i den fysiske gren kendt som elektromagnetik. Som med sin uadskillelige partner, elektricitet, er magnetisme ikke noget, der kan "ses", men mange af dens effekter i den virkelige verden er velkendte og er blevet inkorporeret i utallige kritiske aspekter af det moderne teknologi.
Magnetiske "felter", der kan betragtes som indflydelseslinjer på partikler, der er underlagt de fysiske virkninger af magnetisme, tegnes som oprindelige fra -en nord magnetisk pol og flyder udad gennem rummet og tilbage imod -en syd magnetisk pol. I tilfælde af a stangmagnet (en rektangulær magnet), dette betyder en række omtrent C-formede linjer, der "strømmer" fra magnetisk nord til magnetisk syd.
- I modsætning til tilfældet med elektriske ladninger findes der ikke en "magnetisk monopol". Med andre ord kan der være ingen punktkilde for et magnetfelt på den måde, et elektrisk felt kan oprettes og defineres af en enkeltpunktsladning.
Magnetfelter oprettes ved at flytte elektriske ladninger. Dette kan være eksplicit og en funktion af målrettet konstruktion, som når en spole af strømførende ledning vikles mange gange rundt om et stykke metal, hvilket skaber en elektromagnet. Disse bruges til generering af elektrisk energi og i andre kritiske industrielle applikationer over hele verden. Hovedtræk ved en elektromagnet er, at den ophører med at være en magnet af enhver konsekvens, når den aktuelle kilde er fjernet.
Alternativt kan kilden til bevægelige ladninger, der ligger til grund for magnetiske felter, "skjule sig" og produceres på niveauet for individuelle atomer i visse grundstoffer (fx jern, kobber og nikkel). Delvis takket være "spin" -egenskaberne ved disse elementers elektroner, magnetiske øjeblikke er skabt i de pågældende atomer og i disse ferromagnetisk elementer, lokale magnetiske øjeblikke er additive snarere end at annullere parvis (for at forenkle, normen i de fleste elementer). Resultatet er et stykke metal, du kender som en magnet.
Jordens magnetfelt
Jorden er opdelt i den nordlige halvkugle og en sydlig halvkugle eller "øverste" og "nederste" halvdel. De fjerneste punkter på kloden fra en linje trukket omkring den bredeste del af jorden i retning af dens rotation, kaldet ækvator, er kendt som poler. Jordens rotationsakse passerer igennem og definerer Nordpolen og Sydpolen. Førstnævnte sidder på is, mens sidstnævnte ligger på en stor kontinental landmasse (Antarktis).
Du har allerede lært, at magnetfeltlinjer trækkes fra magnetisk nord til magnetisk syd. Men når du ser et diagram, hvis Jordens magnetfelt, ser du linjer, de fleste langt over overfladen, stammer fra ved Syd Pole og Slutning ved Nord Pol. Dette skyldes, at Nordpolen ved en tilfældighed udgør en syd magnetisk pol og tilsvarende for Sydpolen. Ingen forvirring var meningen med dette; geografien skete bare for ikke at stemme overens med fysikken på grund af tilfældig placering af en stor deponering af jernmalm i Canada (mere om dette snart).
Grunden til, at en kompassnål peger i den retning mennesker har mærket "magnetisk nord", er således, at nålen er tvunget til at orientere sig i samme retning som Jordens magnetfelt på grund af et skift i elektronerne i nålens materiale atomer som reaktion på Mark. Tænk på pilen ved spidsen af en kompassnål som værende analog med pilen på spidsen af magnetfeltlinjerne: De peger i samme retning.
Magnetisk nord versus sand nord
Nålen på dit magnetiske kompas peger ikke på den sande nordpol, men på et punkt der er i øjeblikket omkring 500 kilometer fra Nordpolen på Ellesmere Island i det nordlige Canada. Dette skyldes tilstedeværelsen af en stor aflejring af jernmalm, der tjener som en slags "magnetisk vask" og "suger" den ene ende af nålen mod aflejring af malm.
Bemærk, at det ville være lige så fair at sige, at den anden ende af nålen "peger" mod syd, mens den anden ende simpelthen drejes rundt som en konsekvens; det er virkelig et spørgsmål om sejlere for århundreder siden, at de oprindeligt valgte nord som et grundlæggende navigationsudgangspunkt på grund af deres placering på den nordlige halvkugle.
Fordi navigation over store afstande har været så kritisk i så lang tid, korrektionsfaktorer for ægte versus magnetiske nord har været til rådighed for forskellige punkter på Jorden siden længe inden edb gjorde dette til en mere verdslig opgave.
Historie om det magnetiske kompas
Det antages, at kineserne har forstået lodestones egenskaber så længe som for 2000 år siden. Dette sjældne mineral kaldes i dag en naturlig magnet. Når det tilfældigvis kommer i en lang, aflang form som en overdimensioneret nål, vil den orientere sig i Jordens magnetfelt, når den ophænges ovenfra. Kineserne bemærkede dette, men blev fortalte om, hvorfor det skete.
I det 11. eller 12. århundrede e.Kr. brugte kineserne magnetiske kompasser til navigation. De blev fulgt i kort rækkefølge (på historisk skala) af opdagelsesrejsende fra Europa og andre steder. Oprindeligt kunne disse pionerer ikke forstå to vigtige ting: Det referencepunkt, de kaldte "nord" tak til deres kompas var faktisk ikke fast under lange rejser, og det adskilt sig med forskellige mængder i forskellige steder.
Denne erkendelse førte til udviklingen af en de facto-database med korrektionsfaktorer for hele verden. Indtil satellitalderen var selv de mest elite-militære enheder afhængige af det, der nu virker udrangeligt arkaisk landnavigation ved hjælp af de højeste teknologiske magnetiske kompasser overalt.
Hvordan man laver et magnetisk kompas
Alt hvad du behøver for at lave dit eget magnetiske kompas er en skål med vand, et stykke kork, en almindelig synål, a køleskabsmagnet og en eksisterende kompas.
Gnid først synålen hurtigt 50 gange langs en almindelig køleskabsmagnet. Vigtigt: Gør dette kun i en retning; med andre ord, ikke frem og tilbage.
Anbring derefter kork i skålen med vand, og placer nålen forsigtigt oven på kork. Sæt kompasset ved siden af denne samling, så du kan se, hvor nord er. Snart, hvis det er lykkedes dig at magnetisere nålen, vil nålen orientere sig i samme retning som kompassnålen.