Come funziona un magnetometro?

Quando vuoi capire la forza o la direzione di un campo magnetico, un magnetometro è il tuo strumento preferito. Si va dal semplice - puoi crearne uno facilmente nella tua cucina - al complesso, e i dispositivi più avanzati sono passeggeri regolari in missioni di esplorazione spaziale. Il primo magnetometro fu creato da Carl Friedrich Gauss, spesso chiamato "il principe della matematica" e che pubblicò un articolo nel 1833 descrivendo un nuovo dispositivo che chiamò "magnometro". Il suo design è molto simile al semplice magnetometro descritto di seguito, che puoi creare nel tuo cucina.

Poiché sono molto sensibili, i magnetometri possono essere utilizzati per trovare siti archeologici, depositi di ferro, relitti e altre cose che hanno una firma magnetica. Una rete di magnetometri intorno alla terra monitora costantemente gli effetti minimi del vento solare sul campo magnetico terrestre e pubblica i dati sul K-index (vedi Risorse). Esistono due tipi fondamentali di magnetometri. I magnetometri scalari misurano la forza di un campo magnetico, mentre i magnetometri vettoriali misurano la direzione della bussola.

C'è un semplice magnetometro vettoriale che puoi realizzare da solo. Una calamita a barra, appesa a un filo, punterà sempre verso nord; marcandone un'estremità, è possibile individuare piccole variazioni al variare del campo magnetico. Aggiungendo uno specchio e una luce, puoi prendere misurazioni abbastanza accurate e rilevare gli effetti delle tempeste magnetiche (per le istruzioni complete, vedi il link Suntrek in Risorse).

Magnetometri più complicati, come quelli utilizzati sui veicoli spaziali, utilizzano una varietà di metodi per rilevare l'intensità e il rilevamento del campo magnetico. I magnetometri più comuni sono chiamati sensori ad effetto Hall a stato solido. Questi sensori utilizzano proprietà della corrente elettrica che sono influenzate dalla presenza di un campo magnetico che non scorre parallelo alla direzione della corrente. Quando è presente un campo magnetico, gli elettroni (o il loro opposto, lacune di elettroni o entrambi) nella corrente si raccolgono su un lato del materiale conduttivo. Quando è assente, gli elettroni o le lacune corrono in linea sostanzialmente retta. Il modo in cui un campo magnetico influenza il movimento degli elettroni o delle lacune può essere misurato e utilizzato per determinare la direzione di un campo magnetico. I sensori ad effetto Hall producono anche una tensione proporzionale alla forza del campo magnetico, rendendoli sia magnetometri vettoriali che scalari.

Spesso incontriamo magnetometri nella nostra vita quotidiana, anche se potresti non saperlo, sotto forma di metal detector. I metal detector portatili utilizzati dai cacciatori di tesori e dagli hobbisti utilizzano l'effetto Hall per individuare oggetti metallici. Utilizzando un fenomeno noto come sfasamento, i rilevatori possono differenziare i metalli misurando la resistenza o l'induttanza (conduttività) dell'oggetto.