Kako funkcionira magnetometar?

Kada želite utvrditi snagu ili smjer magnetskog polja, magnetometar je vaš odabir. Oni se kreću od jednostavnih - možete ih jednostavno napraviti u svojoj kuhinji - do složenih, a napredniji uređaji redoviti su putnici u misijama istraživanja svemira. Prvi magnetometar stvorio je Carl Friedrich Gauss, kojeg često nazivaju "princom matematike", a koji je 1833. objavio rad opisujući novi uređaj koji je nazvao "magnometar". Njegov je dizajn vrlo sličan jednostavnom magnetometru opisanom u nastavku koji možete stvoriti u svom kuhinja.

Budući da su vrlo osjetljivi, magnetometri se mogu koristiti za pronalaženje arheoloških nalazišta, naslaga željeza, brodoloma i drugih stvari koje imaju magnetski potpis. Mreža magnetometara oko Zemlje neprestano prati sitne učinke sunčevog vjetra na zemaljsko magnetsko polje i objavljuje podatke o K-indeksu (vidi Resursi). Dvije su osnovne vrste magnetometra. Skalarni magnetometri mjere snagu magnetskog polja, dok vektorski magnetometri mjere smjer kompasa.

Postoji jednostavan vektorski magnetometar koji možete sami izraditi. Šipkasti magnet, koji visi o niti, uvijek će usmjeravati prema sjeveru; označavanjem jednog njegovog kraja možete uočiti male varijacije kako se magnetsko polje mijenja. Dodavanjem zrcala i svjetla možete izvršiti prilično točna mjerenja i otkriti učinke magnetskih oluja (cjelovite upute potražite na poveznici Suntrek u Resursima).

Kompliciraniji magnetometri, poput onih koji se koriste na svemirskim letjelicama, koriste se raznim metodama za otkrivanje jakosti i detekcije magnetskog polja. Najčešći magnetometri nazivaju se Solid-State Hall Effect senzori. Ovi senzori koriste svojstva električne struje na koja utječe prisutnost magnetskog polja koje ne ide paralelno sa smjerom struje. Kada je prisutno magnetsko polje, elektroni (ili njihove suprotne, elektronske rupe ili oboje) u struji se skupljaju na jednoj strani vodljivog materijala. Kad je nema, elektroni ili rupe teku u osnovi pravolinijski. Način na koji magnetsko polje utječe na kretanje elektrona ili rupa može se izmjeriti i koristiti za određivanje smjera magnetskog polja. Hall Effect senzori također proizvode napon proporcionalan jačini magnetskog polja, što ih čini i vektorskim i skalarnim magnetometrima.

U našem svakodnevnom životu često se susrećemo s magnetometrima, iako to možda ne znate, u obliku metalnih detektora. Ručni detektori metala koje koriste lovci na blago i hobi koriste Hallov efekt za lociranje metalnih predmeta. Koristeći fenomen poznat kao pomicanje faza, detektori mogu razlikovati metale mjerenjem otpora ili induktivnosti (vodljivosti) predmeta.