Što je Magnetometar?

Magnetometri(ponekad zapisano kao "magneto metar") mjeri snagu i smjer magnetsko polje, obično se daje u jedinicama tesla. Kako metalni predmeti dolaze u kontakt sa Zemljinim magnetskim poljem ili mu se približavaju, oni pokazuju magnetska svojstva.

Za materijale takvog sastava metala i metalnih legura koji puštaju elektrone i naboj da slobodno teku, magnetska polja se odaju. Kompas je dobar primjer metalnog predmeta koji dolazi u interakciju sa Zemljinim magnetskim poljem tako da igla pokazuje na magnetski sjever.

Magnetometri također mjere gustoća magnetskog toka, količina magnetskog toka na određenom području. Tok možete zamisliti kao mrežu koja propušta vodu kroz njega ako kutnete u smjeru struje rijeke. Tok mjeri koliki dio električnog polja kroz njega prolazi na taj način.

Magnetsko polje iz ove vrijednosti možete odrediti ako ga izmjerite na određenoj ravnoj površini, poput pravokutnog lima ili cilindričnog kućišta. To vam omogućuje da otkrijete kako magnetsko polje koje djeluje na objekt ili pokretnu nabijenu česticu ovisi o kutu između područja i polja.

Senzor magnetometra otkriva gustoću magnetskog toka koja se može pretvoriti u magnetsko polje. Istraživači koriste magnetometre za otkrivanje naslaga željeza u Zemlji mjerenjem magnetskog polja koje daju različite strukture stijena. Znanstvenici također mogu koristiti magnetometre za određivanje mjesta olupina brodova i drugih predmeta pod morem ili pod zemljom.

Magnetometar može biti vektorski ili skalarni. Vektorski magnetometri otkriti gustoću protoka u određenom smjeru u prostoru, ovisno o tome kako ga orijentirate. Skalarni magnetometri, s druge strane, otkriti samo veličinu ili jakost vektora protoka, a ne položaj kuta pod kojim se mjeri.

Pametni telefoni i drugi mobiteli koriste ugrađene magnetometre za mjerenje magnetskih polja i određivanje smjera sjeverne struje iz samog telefona. Obično su pametni telefoni dizajnirani s ciljem da budu višedimenzionalni za aplikacije i značajke koje mogu podržati. Pametni telefoni također koriste izlaz iz telefonskog akcelerometra i GPS jedinice za određivanje lokacije i smjera kompasa.

Ovi akcelerometri su ugrađeni uređaji koji mogu odrediti položaj i orijentaciju pametnih telefona, poput smjera u koji ga usmjeravate. Koriste se u aplikacijama temeljenim na fitnessu i GPS uslugama mjerenjem brzine ubrzanja telefona. Oni rade pomoću senzora mikroskopskih kristalnih struktura koji mogu otkriti precizne, sitne promjene ubrzanja izračunavanjem sile koja na njih djeluje.

Kemijski inženjer Bill Hammack rekao je da inženjeri stvaraju ove akcelerometre od silicija tako da ostaju sigurni i stabilni u pametnim telefonima dok se kreću. Ti čipovi imaju dio koji oscilira ili se pomiče naprijed-natrag koji otkriva seizmička kretanja. Mobitel može precizno otkriti kretanje silicijskog lima u ovom uređaju kako bi odredio ubrzanje.

Magnetometar se može jako razlikovati u načinu rada. Za jednostavni primjer kompasa, igla kompasa poravnava se sa sjeverom Zemljinog magnetskog polja tako da je, kada miruje, u ravnoteži. To znači da je zbroj sila koje djeluju na njega jednak nuli i da se težina vlastite gravitacije kompasa poništava magnetskom silom sa Zemlje koja na njega djeluje. Iako je primjer jednostavan, on ilustrira svojstvo magnetizma koje omogućuje da drugi magnetometri rade.

Elektronički kompasi mogu odrediti u kojem je smjeru magnetski sjever pomoću fenomena poput Hallov efekt, magnetoindukcija, ili mangetorezistance.

Hallov efekt znači da vodiči koji kroz njih prolaze električne struje stvaraju napon okomit na polje i smjer struje. To znači da magnetometri mogu koristiti poluvodički materijal za prolazak struje i utvrditi je li magnetsko polje u blizini. Mjeri način na koji je struja iskrivljena ili pod kutom zbog magnetskog polja, a napon na kojem se to događa je Hallov napon, koji bi trebao biti proporcionalan magnetskom polju.

Magnetoindukcija metode, nasuprot tome, mjere koliko je materijal magnetiziran ili postaje kada je izložen vanjskom magnetskom polju. To uključuje stvaranje krivulje demagnetizacije, također poznate kao B-H krivulje ili krivulje histereze, koje mjere magnetni tok i snagu magnetske sile kroz materijal kada su izloženi magnetskom polju.

Te krivulje dopuštaju znanstvenicima i inženjerima da klasificiraju materijale koji čine uređaje poput baterija i elektromagneta prema načinu na koji ti materijali reagiraju na vanjsko magnetsko polje. Oni mogu odrediti kakav magnetski tok i silu doživljavaju ti materijali izloženi vanjskim poljima i klasificirati ih prema magnetskoj snazi.

Konačno, magnetorezistencija metode u magnetometrima oslanjaju se na otkrivanje sposobnosti predmeta da promijeni električni otpor kada je izložen vanjskom magnetskom polju. Slično magnetnoindukcijskim tehnikama, magnetometri iskorištavaju anizotropni magnetootpor (AMR) feromagneta, materijali koji, nakon što su podvrgnuti magnetizaciji, pokazuju magnetska svojstva čak i nakon što je magnetizacija uklonjena.

AMR uključuje otkrivanje između smjera električne struje i magnetizacije u prisutnosti magnetizacije. To se događa dok se vrtnje elektronskih orbitala koje čine materijal preraspodjeljuju u prisutnosti vanjskog polja.

Spin elektrona nije kako se elektron zapravo vrti kao da se vrti ili kugla, već je zapravo unutarnje kvantno svojstvo i oblik kutnog gibanja. Električni otpor ima maksimalnu vrijednost kada je struja paralelna s vanjskim magnetskim poljem, tako da se polje može prikladno izračunati.

The mangetorezitivni senzori u magnetometrima se pri određivanju magnetskog polja oslanjaju na temeljne zakone fizike. Ti senzori pokazuju Hallov efekt u prisutnosti magnetskih polja tako da elektroni u njima teku u obliku luka. Što je veći radijus ovog kružnog, rotirajućeg gibanja, to je veća staza napunjenih čestica i jače je magnetsko polje.

S povećanim pokretima luka, staza ima i veći otpor, tako da uređaj može izračunati kakvu vrstu magnetskog polja vrši ta sila na nabijenu česticu.

Ti izračuni uključuju pokretljivost nosača ili elektrona, koliko se brzo elektron može kretati kroz metal ili poluvodič u prisutnosti vanjskog magnetskog polja. U prisutnosti Hallovog efekta, ponekad se naziva i Mobilnost dvorane.

Matematički, magnetska sila F jednak je naboju čestice q vrijeme umnožak umnoška brzine čestice v i magnetsko polje B. Poprima oblik Lorentzova jednadžba za magnetizam F = q (v x B) u kojem x je križni proizvod.

•••Syed Hussain Ather

Ako želite odrediti umnožak između dva vektora a i b, možete shvatiti da rezultirajući vektor c ima veličinu paralelograma koji obuhvaćaju dva vektora. Rezultirajući vektor umnoška nalazi se u smjeru okomitom na a i b dato pravilom desne ruke.

Pravilo desne strane govori vam da, ako desni kažiprst smjestite u smjeru vektora b, a desni srednji prst u smjeru vektora a, rezultirajući vektor c ide u smjeru vašeg desnog palca. U gornjem dijagramu prikazan je odnos između ova tri vektorska smjera.

•••Syed Hussain Ather

Lorentzova jednadžba govori vam da s većim električnim poljem u polju djeluje veća električna sila na pokretnu nabijenu česticu. Također možete povezati magnetsku silu, magnetsko polje i brzinu nabijene čestice s tri vektora pomoću desnog pravila posebno za te vektore.

U gornjem dijagramu, ove tri veličine odgovaraju prirodnom načinu na koji vaša desna ruka pokazuje u tim smjerovima. Svaki kažiprst i srednji prst i palac odgovaraju jednom odnosu.

Magnetometri također mogu otkriti magnetostrikcija, kombinacija dva efekta. Prva je Jouleov efekt, način na koji magnetsko polje uzrokuje stezanje ili širenje fizičkog materijala. Drugi je Villarijev efekt, kako se materijal izložen vanjskom naprezanju mijenja u reakciji na magnetska polja.

Korištenje magnetostriktivnog materijala koji prikazuje te pojave na načine koji su lako mjerljivi i ovise jedni o drugima, magnetometri mogu izvršiti još preciznija i preciznija mjerenja magnetskog polje. Budući da je magnetostriktivni učinak vrlo mali, uređaji ga trebaju neizravno izmjeriti.

Senzori fluksita daju magnetometru još veću preciznost u otkrivanju magnetskih polja. Ti se uređaji sastoje od dvije metalne zavojnice s feromagnetskim jezgrama, materijala koji, nakon što se podvrgnu magnetizaciji, pokazuju magnetska svojstva čak i nakon uklanjanja magnetizacije.

Kada utvrdite magnetski tok ili magnetsko polje koji proizlaze iz jezgre, možete shvatiti koja je struja ili promjena u struji mogla to uzrokovati. Dvije jezgre postavljene su jedna uz drugu tako da način namotavanja žica oko jedne jezgre zrcali drugu.

Kada šaljete izmjeničnu struju koja izmjenjuje smjer u redovitim intervalima, u obje jezgre stvarate magnetsko polje. Inducirana magnetska polja trebala bi se suprotstaviti i međusobno poništiti ako nema vanjskog magnetskog polja. Ako postoji vanjsko, magnetska jezgra će se zasititi kao odgovor na to vanjsko polje. Određivanjem promjene magnetskog polja ili fluksa možete utvrditi prisutnost tih vanjskih magnetskih polja.

Primjena bilo kojeg magnetometra obuhvaća različite discipline u kojima je magnetsko polje relevantno. U proizvodnim pogonima i automatiziranim uređajima koji stvaraju i rade na metalnoj opremi, magnetometar to može osigurati strojevi održavaju odgovarajući smjer kada izvode radnje poput bušenja kroz metal ili rezanja materijala u oblik.

Laboratoriji koji stvaraju i izvode istraživanja na uzorcima materijala moraju razumjeti kako različite fizičke sile poput Hallovog efekta dolaze u obzir kada su izložene magnetskim poljima. Oni mogu klasificirati magnetski momenti kao dijamagnetični, paramagnetski, feromagnetski ili antiferromagnetski.

Dijamagnetski materijali nemaju nesparenih elektrona ili ih nema, tako da ne pokazuju veliko magnetsko ponašanje, paramagnetski oni imaju nesparene elektrone da bi polja mogla slobodno teći, feromagnetski materijal pokazuje magnet svojstva u prisutnosti vanjskog polja s vrtnjom elektrona paralelno s magnetskim domene i antiferromagnetski materijali imaju elektronske spinove antiparalelno s njima.

Arheolozi, geolozi i istraživači na sličnim područjima mogu otkriti svojstva materijala u fizici i kemiji saznati kako se magnetsko polje može koristiti za određivanje drugih magnetskih svojstava ili kako locirati predmete duboko ispod Zemljinog površinski. Oni mogu dopustiti istraživačima da utvrde mjesto ležišta ugljena i mapiraju unutrašnjost Zemlje. Vojni profesionalci smatraju ove uređaje korisnima za lociranje podmornica, a astronomi su korisni za istraživanje utjecaja Zemljinog magnetskog polja na objekte u svemiru.