Comment fonctionne un magnétomètre ?

Lorsque vous souhaitez déterminer la force ou la direction d'un champ magnétique, un magnétomètre est votre outil de choix. Ils vont du simple - vous pouvez en faire un dans votre cuisine facilement - au complexe, et les appareils les plus avancés sont des passagers réguliers des missions d'exploration spatiale. Le premier magnétomètre a été créé par Carl Friedrich Gauss, qui est souvent appelé "le prince des mathématiques", et qui a publié un article en 1833 décrivant un nouvel appareil qu'il a appelé un "magnomètre". Sa conception est très similaire au simple magnétomètre décrit ci-dessous, que vous pouvez créer dans votre cuisine.

Parce qu'ils sont très sensibles, les magnétomètres peuvent être utilisés pour trouver des sites archéologiques, des gisements de fer, des épaves et d'autres choses qui ont une signature magnétique. Un réseau de magnétomètres autour de la terre surveille en permanence les effets infimes du vent solaire sur le champ magnétique terrestre et publie les données sur le K-index (voir Ressources). Il existe deux types de base de magnétomètres. Les magnétomètres scalaires mesurent la force d'un champ magnétique, tandis que les magnétomètres vectoriels mesurent la direction de la boussole.

Il existe un magnétomètre vectoriel simple que vous pouvez fabriquer vous-même. Une barre aimantée, suspendue à un fil, pointera toujours vers le nord; en marquant une extrémité de celui-ci, vous pouvez repérer de petites variations lorsque le champ magnétique change. En ajoutant un miroir et de la lumière, vous pouvez prendre des mesures assez précises et détecter les effets des orages magnétiques (pour des instructions complètes, voir le lien Suntrek dans Ressources).

Les magnétomètres plus complexes, tels que ceux utilisés sur les engins spatiaux, utilisent une variété de méthodes pour détecter l'intensité et la détection du champ magnétique. Les magnétomètres les plus courants sont appelés capteurs à effet Hall à semi-conducteurs. Ces capteurs utilisent des propriétés du courant électrique qui sont affectées par la présence d'un champ magnétique qui ne s'étend pas parallèlement à la direction du courant. Lorsqu'un champ magnétique est présent, les électrons (ou leur opposé, les trous d'électrons ou les deux) dans le courant se rassemblent sur un côté du matériau conducteur. Lorsqu'il est absent, les électrons ou les trous s'alignent essentiellement en ligne droite. La façon dont un champ magnétique affecte le mouvement des électrons ou des trous peut être mesurée et utilisée pour déterminer la direction d'un champ magnétique. Les capteurs à effet Hall produisent également une tension proportionnelle à la force du champ magnétique, ce qui en fait à la fois des magnétomètres vectoriels et scalaires.

Nous rencontrons souvent des magnétomètres dans notre vie quotidienne, bien que vous ne le sachiez peut-être pas, sous la forme de détecteurs de métaux. Les détecteurs de métaux portatifs utilisés par les chasseurs de trésors et les amateurs utilisent l'effet Hall pour localiser les objets métalliques. En utilisant un phénomène connu sous le nom de déphasage, les détecteurs peuvent différencier les métaux en mesurant la résistance ou l'inductance (conductivité) de l'objet.