Apa itu Magnetometer?

Magnetometer(kadang-kadang ditulis sebagai "magneto meter") mengukur kekuatan dan arah Medan gaya, biasanya diberikan dalam satuan teslas. Saat benda logam bersentuhan dengan atau mendekati medan magnet bumi, mereka menunjukkan sifat magnet.

Untuk bahan dengan komposisi logam dan paduan logam seperti itu yang membiarkan elektron dan muatan mengalir dengan bebas, medan magnet dilepaskan. Kompas adalah contoh yang baik dari benda logam yang berinteraksi dengan medan magnet bumi sedemikian rupa sehingga jarum menunjuk ke utara magnet.

Magnetometer juga mengukur kerapatan fluks magnet, jumlah fluks magnet di area tertentu. Anda dapat menganggap fluks sebagai jaring yang memungkinkan air mengalir melaluinya jika Anda memiringkan ke arah arus sungai. Fluks mengukur berapa banyak medan listrik yang mengalir melaluinya dengan cara ini.

Anda dapat menentukan medan magnet dari nilai ini jika Anda mengukurnya di atas permukaan planar tertentu seperti lembaran persegi panjang atau kotak silinder. Ini memungkinkan Anda mengetahui bagaimana medan magnet yang memberikan gaya pada objek atau partikel bermuatan yang bergerak bergantung pada sudut antara area dan medan.

Sensor magneto meter mendeteksi kerapatan fluks magnet yang dapat diubah menjadi medan magnet. Para peneliti menggunakan magnetometer untuk mendeteksi deposit besi di Bumi dengan mengukur medan magnet yang dilepaskan oleh berbagai struktur batuan. Para ilmuwan juga dapat menggunakan magnetometer untuk menentukan lokasi bangkai kapal dan benda-benda lain di bawah laut atau di bawah bumi.

Magnetometer dapat berupa vektor atau skalar. Magnetometer vektor mendeteksi kerapatan fluks dalam arah tertentu di ruang angkasa tergantung pada bagaimana Anda mengarahkannya. Magnetometer skalar, di sisi lain, hanya mendeteksi besarnya atau kekuatan vektor fluks, bukan posisi sudut yang diukur.

Ponsel cerdas dan ponsel lainnya menggunakan magnetometer bawaan untuk mengukur medan magnet dan menentukan arah utara melalui arus dari ponsel itu sendiri. Biasanya smartphone dirancang dengan tujuan multidimensi untuk aplikasi dan fitur yang dapat mereka dukung. Smartphone juga menggunakan output dari accelerometer ponsel dan unit GPS untuk menentukan lokasi dan arah kompas.

Akselerometer ini adalah perangkat built-in yang dapat menentukan posisi dan orientasi ponsel pintar seperti arah yang Anda tuju. Ini digunakan dalam aplikasi berbasis kebugaran dan layanan GPS dengan mengukur seberapa cepat ponsel Anda berakselerasi. Mereka bekerja dengan menggunakan sensor struktur kristal mikroskopis yang dapat mendeteksi perubahan percepatan yang tepat dan kecil dengan menghitung gaya yang diberikan pada mereka.

Insinyur kimia Bill Hammack mengatakan para insinyur membuat akselerometer ini dari silikon sedemikian rupa sehingga tetap aman dan stabil di smartphone saat mereka bergerak. Chip ini memiliki bagian yang berosilasi, atau bergerak maju mundur, yang mendeteksi gerakan seismik. Ponsel dapat mendeteksi gerakan tepat dari lembaran silikon di perangkat ini untuk menentukan akselerasi.

Sebuah magnetometer dapat sangat bervariasi pada cara kerjanya. Untuk contoh sederhana kompas, jarum kompas sejajar dengan utara medan magnet bumi sedemikian rupa sehingga, ketika diam, berada dalam keseimbangan. Ini berarti jumlah gaya yang bekerja padanya adalah nol dan berat gravitasi kompas itu sendiri dibatalkan dengan gaya magnet dari Bumi yang bekerja padanya. Meskipun contohnya sederhana, ini menggambarkan sifat magnet yang memungkinkan magnetometer lain bekerja.

Kompas elektronik dapat menentukan arah utara magnet menggunakan fenomena seperti such efek aula, magnetoinduksi, atau tahan panas.

Efek Hall berarti konduktor yang memiliki arus listrik yang mengalir melaluinya menciptakan tegangan tegak lurus terhadap medan dan arah arus. Itu berarti magnetometer dapat menggunakan bahan semikonduktor untuk melewatkan arus dan menentukan apakah ada medan magnet di dekatnya. Ini mengukur cara arus terdistorsi atau miring karena medan magnet, dan tegangan di mana ini terjadi adalah Tegangan hall, yang harus sebanding dengan medan magnet.

Magnetoinduksi metode, sebaliknya, mengukur seberapa magnet suatu bahan atau menjadi ketika terkena medan magnet eksternal. Ini melibatkan menciptakan kurva demagnetisasi, juga dikenal sebagai kurva B-H atau kurva histeresis, yang mengukur fluks magnet dan kekuatan gaya magnet melalui bahan saat terkena medan magnet.

Kurva ini memungkinkan para ilmuwan dan insinyur mengklasifikasikan bahan yang membentuk perangkat seperti baterai dan elektromagnet menurut bagaimana bahan tersebut merespon medan magnet eksternal. Mereka dapat menentukan fluks magnet dan gaya apa yang dialami bahan-bahan ini ketika terkena medan eksternal dan mengklasifikasikannya berdasarkan kekuatan magnet.

Akhirnya, ketahanan magnet metode dalam magnetometer bergantung pada pendeteksian kapasitas objek untuk mengubah hambatan listrik saat terkena medan magnet eksternal. Sama halnya dengan teknik magnetoinduksi, magnetometer mengeksploitasi magnetoresistansi anisotropik (AMR) dari feromagnet, bahan yang, setelah dikenai magnetisasi, menunjukkan sifat magnetik bahkan setelah magnetisasi dihilangkan.

AMR melibatkan pendeteksian antara arah arus listrik dan magnetisasi dengan adanya magnetisasi. Ini terjadi ketika putaran orbital elektron yang membentuk materi mendistribusikan kembali dirinya sendiri di hadapan medan eksternal.

Putaran elektron bukanlah bagaimana sebuah elektron benar-benar berputar seolah-olah itu adalah bagian atas atau bola yang berputar, tetapi lebih merupakan sifat kuantum intrinsik dan bentuk momentum sudut. Hambatan listrik memiliki nilai maksimum ketika arus sejajar dengan medan magnet luar sehingga medan dapat dihitung dengan tepat.

Itu sensor mangetoresistif dalam magnetometer mengandalkan hukum dasar fisika dalam menentukan medan magnet. Sensor ini menunjukkan efek Hall dengan adanya medan magnet sehingga elektron di dalamnya mengalir dalam bentuk busur. Semakin besar jari-jari gerakan melingkar dan berputar ini, semakin besar lintasan yang ditempuh partikel bermuatan dan semakin kuat medan magnetnya.

Dengan meningkatnya gerakan busur, jalur memiliki hambatan yang lebih besar juga sehingga perangkat dapat menghitung jenis medan magnet apa yang akan mengerahkan gaya ini pada partikel bermuatan.

Perhitungan ini melibatkan mobilitas pembawa atau elektron, seberapa cepat elektron dapat bergerak melalui logam atau semikonduktor dengan adanya medan magnet eksternal. Di hadapan efek Hall, kadang-kadang disebut Mobilitas aula.

Secara matematis, gaya magnet F sama dengan muatan partikel q waktu produk silang dari kecepatan partikel v dan medan magnet B. Ini mengambil bentuk persamaan Lorentz untuk magnetisme F = q (v x B) di mana x adalah produk silang.

•••Syed Hussain Ather

Jika Anda ingin menentukan hasil kali silang antara dua vektor Sebuah dan b, Anda dapat mengetahui bahwa vektor yang dihasilkan c memiliki besar jajar genjang yang direntang oleh kedua vektor tersebut. Vektor perkalian silang yang dihasilkan berada pada arah tegak lurus terhadap Sebuah dan b diberikan oleh aturan tangan kanan.

Aturan tangan kanan memberitahu Anda bahwa, jika Anda meletakkan jari telunjuk kanan Anda ke arah vektor b dan jari tengah kanan Anda ke arah vektor a, vektor yang dihasilkan c berjalan ke arah ibu jari kanan Anda. Dalam diagram di atas, hubungan antara tiga arah vektor ini ditunjukkan.

•••Syed Hussain Ather

Persamaan Lorentz memberi tahu Anda bahwa dengan medan listrik yang lebih besar, ada lebih banyak gaya listrik yang diberikan pada partikel bermuatan yang bergerak di dalam medan. Anda juga dapat menghubungkan tiga vektor gaya magnet, medan magnet, dan kecepatan partikel bermuatan melalui aturan tangan kanan khusus untuk vektor-vektor ini.

Dalam diagram di atas, ketiga besaran ini sesuai dengan cara alami yang ditunjukkan oleh tangan kanan Anda ke arah ini. Setiap telunjuk dan jari tengah dan ibu jari sesuai dengan salah satu hubungan.

Magnetometer juga dapat mendeteksi magnetostriksi, kombinasi dari dua efek. Yang pertama adalah efek joule, cara medan magnet menyebabkan kontraksi atau ekspansi bahan fisik. Yang kedua adalah Efek Villari, bagaimana material yang mengalami perubahan tegangan eksternal dalam merespon medan magnet.

Menggunakan bahan magnetostriktif yang menunjukkan fenomena ini dengan cara yang mudah diukur dan bergantung satu sama lain, magnetometer dapat membuat pengukuran magnet yang lebih tepat dan akurat bidang. Karena efek magnetostriktif sangat kecil, perangkat perlu mengukurnya secara tidak langsung.

Sensor gerbang fluks memberikan magnetometer lebih presisi dalam mendeteksi medan magnet. Perangkat ini terdiri dari dua kumparan logam dengan inti feromagnetik, bahan yang, setelah mengalami magnetisasi, menunjukkan sifat magnetik bahkan setelah magnetisasi telah dihapus.

Saat Anda menentukan fluks magnet atau medan magnet yang dihasilkan dari inti, Anda dapat mengetahui arus atau perubahan arus apa yang mungkin menyebabkannya. Dua inti ditempatkan di samping satu sama lain sedemikian rupa sehingga cara kabel dililitkan di sekitar satu inti mencerminkan yang lain.

Saat Anda mengirim arus bolak-balik, arus yang membalikkan arahnya secara berkala, Anda menghasilkan medan magnet di kedua inti. Medan magnet yang diinduksi harus menentang satu sama lain dan membatalkan satu sama lain jika tidak ada medan magnet eksternal. Jika ada yang eksternal, inti magnet akan menjenuhkan dirinya sendiri sebagai respons terhadap medan eksternal ini. Dengan menentukan perubahan medan magnet atau fluks, Anda dapat menentukan keberadaan medan magnet eksternal ini.

Aplikasi dari setiap rentang magnetometer di seluruh disiplin ilmu di mana medan magnet relevan. Di pabrik manufaktur dan perangkat otomatis yang membuat dan bekerja pada peralatan logam, magnetometer dapat memastikan bahwa: mesin mempertahankan arah yang tepat ketika mereka melakukan tindakan seperti mengebor logam atau memotong bahan menjadi bentuk.

Laboratorium yang membuat dan melakukan penelitian tentang bahan sampel perlu memahami bagaimana berbagai kekuatan fisik seperti efek Hall berperan saat terkena medan magnet. Mereka dapat mengklasifikasikan momen magnet sebagai diamagnetik, paramagnetik, feromagnetik atau antiferromagnetik.

Bahan diamagnetik tidak memiliki atau sedikit elektron yang tidak berpasangan sehingga tidak menunjukkan banyak perilaku magnetik, paramagnetik yang memang memiliki elektron yang tidak berpasangan untuk membiarkan medan mengalir dengan bebas, bahan feromagnetik menunjukkan magnet sifat-sifat di hadapan medan eksternal dengan elektron berputar sejajar dengan magnet domain, dan antiferromagnetik bahan memiliki putaran elektron yang antiparalel dengannya.

Arkeolog, ahli geologi, dan peneliti di bidang serupa dapat mendeteksi sifat bahan dalam fisika dan kimia dengan mencari: bagaimana medan magnet dapat digunakan untuk menentukan sifat magnetik lainnya atau bagaimana menemukan objek jauh di bawah permukaan bumi permukaan. Mereka dapat membiarkan para peneliti menentukan lokasi deposit batu bara dan memetakan interior bumi. Profesional militer menemukan perangkat ini berguna untuk menemukan kapal selam, dan astronom menemukan mereka bermanfaat untuk mengeksplorasi bagaimana benda-benda di ruang angkasa dipengaruhi oleh medan magnet bumi.