Hvordan fungerer et magnetometer?

Når du vil finde ud af styrken eller retningen af ​​et magnetfelt, er et magnetometer dit valgte værktøj. De spænder fra det enkle - du kan nemt lave en i dit køkken - til komplekset, og de mere avancerede enheder er faste passagerer på rumforskningsmissioner. Det første magnetometer blev oprettet af Carl Friedrich Gauss, der ofte kaldes "prinsen for matematik", og som udgav et papir i 1833 beskriver en ny enhed, han kaldte et "magnometer." Hans design ligner meget det enkle magnetometer beskrevet nedenfor, som du kan oprette i din køkken.

Fordi de er meget følsomme, kan magnetometre bruges til at finde arkæologiske steder, jernaflejringer, skibsvrag og andre ting, der har en magnetisk signatur. Et netværk af magnetometre rundt om i jorden overvåger konstant små effekter af solvinden på jordens magnetfelt og offentliggør dataene på K-indekset (se Ressourcer). Der er to grundlæggende typer magnetometre. Skalarmagnetometre måler styrken af ​​et magnetfelt, mens vektormagnetometre måler kompassretningen.

Der er et simpelt vektormagnetometer, som du selv kan lave. En stangmagnet, der hænger fra en tråd, vil altid pege mod nord; ved at markere den ene ende af den kan du få øje på små variationer, når magnetfeltet ændres. Ved at tilføje et spejl og lys kan du tage forholdsvis nøjagtige målinger og registrere virkningerne af magnetiske storme (for fuldstændige instruktioner, se Suntrek-linket i Resources).

Mere komplicerede magnetometre, såsom dem, der bruges på rumfartøjer, bruger en række forskellige metoder til at detektere magnetfeltstyrke og detektion. De mest almindelige magnetometre kaldes Solid-State Hall Effect sensorer. Disse sensorer bruger egenskaber ved elektrisk strøm, der påvirkes af tilstedeværelsen af ​​et magnetfelt, der ikke løber parallelt med strømretningen. Når der er et magnetfelt til stede, samles elektronerne (eller deres modsatte, elektronhuller eller begge dele) i strømmen på den ene side af det ledende materiale. Når den er fraværende, løber elektronerne eller hullerne i en grundlæggende lige linje. Den måde, hvorpå et magnetfelt påvirker elektronernes eller hullernes bevægelse, kan måles og bruges til at bestemme retningen på et magnetfelt. Hall Effect-sensorer producerer også en spænding, der er proportional med magnetfeltets styrke, hvilket gør dem både vektor- og skalamagnetometre.

Vi støder ofte på magnetometre i vores daglige liv, selvom du måske ikke kender det i form af metaldetektorer. Håndholdte metaldetektorer, der bruges af skattejægere og hobbyfolk, bruger Hall-effekten til at lokalisere metalgenstande. Ved hjælp af et fænomen kendt som faseforskydning kan detektorer skelne mellem metaller ved at måle objektets modstand eller induktans (ledningsevne).