Πώς λειτουργεί ένα μαγνητόμετρο;

Όταν θέλετε να καταλάβετε τη δύναμη ή την κατεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου, ένα μαγνητόμετρο είναι το εργαλείο επιλογής σας. Κυμαίνονται από το απλό - μπορείτε να το φτιάξετε εύκολα στην κουζίνα σας - έως το συγκρότημα και οι πιο προηγμένες συσκευές είναι τακτικοί επιβάτες σε αποστολές εξερεύνησης του διαστήματος. Το πρώτο μαγνητόμετρο δημιουργήθηκε από τον Carl Friedrich Gauss, ο οποίος συχνά αποκαλείται «ο πρίγκιπας των μαθηματικών», και ο οποίος δημοσίευσε μια εργασία το 1833 περιγράφοντας μια νέα συσκευή που ονόμασε «μαγνητόμετρο». Ο σχεδιασμός του μοιάζει πολύ με το απλό μαγνητόμετρο που περιγράφεται παρακάτω, το οποίο μπορείτε να δημιουργήσετε στο δικό σας κουζίνα.

Επειδή είναι πολύ ευαίσθητα, τα μαγνητόμετρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βρουν αρχαιολογικούς χώρους, αποθέματα σιδήρου, ναυάγια και άλλα πράγματα που έχουν μαγνητική υπογραφή. Ένα δίκτυο μαγνητόμετρων γύρω από τη γη παρακολουθεί συνεχώς τα ελάχιστα εφέ του ηλιακού ανέμου στο μαγνητικό πεδίο της γης και δημοσιεύει τα δεδομένα στον ευρετήριο Κ (βλ. Πόρους). Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι μαγνητόμετρων. Τα κλιματικά μαγνητόμετρα μετρούν την ισχύ ενός μαγνητικού πεδίου, ενώ τα διανυσματικά μαγνητόμετρα μετρούν την κατεύθυνση της πυξίδας.

Υπάρχει ένα απλό μαγνητόμετρο φορέα που μπορείτε να φτιάξετε μόνοι σας. Ένας μαγνήτης ράβδου, που κρέμεται από ένα νήμα, θα δείχνει πάντα προς τα βόρεια. επισημαίνοντας το ένα άκρο του, μπορείτε να εντοπίσετε μικρές παραλλαγές καθώς το μαγνητικό πεδίο αλλάζει. Προσθέτοντας έναν καθρέφτη και φως, μπορείτε να λάβετε αρκετά ακριβείς μετρήσεις και να εντοπίσετε τα αποτελέσματα των μαγνητικών καταιγίδων (για πλήρεις οδηγίες, δείτε τον σύνδεσμο Suntrek στο Resources).

Τα πιο περίπλοκα μαγνητόμετρα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε διαστημόπλοια, χρησιμοποιούν μια ποικιλία μεθόδων για την ανίχνευση της αντοχής και της ανίχνευσης του μαγνητικού πεδίου. Τα πιο κοινά μαγνητόμετρα ονομάζονται αισθητήρες στερεάς κατάστασης Hall Effect Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν ιδιότητες ηλεκτρικού ρεύματος που επηρεάζονται από την παρουσία μαγνητικού πεδίου που δεν λειτουργεί παράλληλα με την κατεύθυνση του ρεύματος. Όταν υπάρχει μαγνητικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια (ή τα αντίθετά τους, τρύπες ηλεκτρονίων ή και τα δύο) στο ρεύμα συγκεντρώνονται στη μία πλευρά του αγώγιμου υλικού. Όταν απουσιάζει, τα ηλεκτρόνια ή οι οπές τρέχουν σε μια βασικά ευθεία γραμμή. Ο τρόπος με τον οποίο ένα μαγνητικό πεδίο επηρεάζει την κίνηση των ηλεκτρονίων ή των οπών μπορεί να μετρηθεί και να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης ενός μαγνητικού πεδίου. Οι αισθητήρες Hall Effect παράγουν επίσης τάση ανάλογη με την ισχύ του μαγνητικού πεδίου, καθιστώντας τους τόσο τα διανυσματικά όσο και τα κλιματικά μαγνητόμετρα.

Συχνά συναντάμε μαγνητόμετρα στην καθημερινή μας ζωή, αν και ίσως να μην το γνωρίζετε, με τη μορφή ανιχνευτών μετάλλων. Οι φορητοί ανιχνευτές μετάλλων που χρησιμοποιούνται από κυνηγούς θησαυρών και χομπίστες χρησιμοποιούν το Hall Effect για τον εντοπισμό μεταλλικών αντικειμένων. Χρησιμοποιώντας ένα φαινόμενο γνωστό ως μετατόπιση φάσης, οι ανιχνευτές μπορούν να διαφοροποιήσουν μεταξύ των μετάλλων μετρώντας την αντίσταση ή την επαγωγή (αγωγιμότητα) του αντικειμένου.