磁力計とは何ですか？

磁力計（「磁力計」と書かれることもあります）の強度と方向を測定します 磁場、通常はテスラの単位で与えられます。 金属物体が地球の磁場に接触または接近すると、それらは磁気特性を示します。

電子と電荷が自由に流れるような金属や金属合金の組成を持つ材料の場合、磁場が放出されます。 コンパスは、針が磁北を指すように地球の磁場と相互作用する金属物体の良い例です。

磁力計はまた、 磁束密度、特定の領域にわたる磁束の量。 フラックスは、川の流れの方向に角度を付けると、水が流れるネットと考えることができます。 磁束は、この方法で電界がどれだけ流れるかを測定します。

長方形のシートや円筒形のケースなどの特定の平面上で磁場を測定すると、この値から磁場を決定できます。 これにより、物体または移動する荷電粒子に力を及ぼす磁場が、領域と磁場の間の角度にどのように依存するかを理解できます。

磁力計のセンサーは、磁場に変換できる磁束密度を検出します。 研究者は磁力計を使用して、岩のさまざまな構造から放出される磁場を測定することにより、地球の鉄鉱床を検出します。 科学者は磁力計を使用して、海中または地球下の難破船やその他の物体の位置を特定することもできます。

磁力計は、ベクトルまたはスカラーのいずれかです。 ベクトル磁力計 方向に応じて、空間内の特定の方向の磁束密度を検出します。 スカラー磁力計一方、フラックスベクトルの大きさまたは強度のみを検出し、測定される角度の位置は検出しません。

スマートフォンやその他の携帯電話は、内蔵の磁力計を使用して磁場を測定し、電話自体からの電流によってどちらが北にあるかを判断します。 通常、スマートフォンは、サポートできるアプリケーションと機能を多次元化することを目的として設計されています。 スマートフォンはまた、電話の加速度計とGPSユニットからの出力を使用して、位置とコンパスの方向を決定します。

これらの加速度計は、スマートフォンを向けている方向など、スマートフォンの位置と向きを判別できる組み込みデバイスです。 これらは、フィットネスベースのアプリやGPSサービスで、スマートフォンの加速速度を測定することで使用されます。 それらは、それらに加えられる力を計算することによって加速度の正確で微細な変化を検出できる微視的な結晶構造のセンサーを使用することによって機能します。

化学エンジニアのビル・ハンマック氏によると、エンジニアはこれらの加速度計をシリコンで作成しているため、移動中もスマートフォンで安全で安定した状態を保つことができます。 これらのチップには、地震の動きを検出する振動または前後に移動する部分があります。 携帯電話は、このデバイス内のシリコンシートの正確な動きを検出して、加速度を判断できます。

磁力計は、その動作方法によって大きく異なります。 コンパスの簡単な例では、コンパスの針は、静止しているときに平衡状態になるように、地球の磁場の北に位置合わせされます。 これは、それに作用する力の合計がゼロであり、コンパス自体の重力の重みが、それに作用する地球からの磁力と相殺されることを意味します。 例は単純ですが、他の磁力計を機能させる磁気の特性を示しています。

電子コンパスは、次のような現象を使用して、磁北がどちらの方向であるかを判別できます。 ホール効果, 磁気誘導、または mangetoresistance.

ホール効果とは、電流が流れる導体が、電流の場と方向に垂直な電圧を生成することを意味します。 つまり、磁力計は半導体材料を使用して電流を流し、磁場が近くにあるかどうかを判断できます。 これは、磁場によって電流が歪んだり角度を付けられたりする方法を測定します。これが発生する電圧は、 ホール電圧、これは磁場に比例する必要があります。

磁気誘導 対照的に、メソッドは、外部磁場にさらされたときに材料がどの程度磁化されているか、またはどのようになるかを測定します。 これには、作成が含まれます 減磁曲線、B-H曲線またはヒステリシス曲線とも呼ばれ、磁場にさらされたときに材料を通過する磁束と磁力の強さを測定します。

これらの曲線により、科学者やエンジニアは、電池や電磁石などのデバイスを構成する材料を、それらの材料が外部磁場にどのように反応するかに従って分類できます。 彼らは、外部磁場にさらされたときにこれらの材料が受ける磁束と力を決定し、磁気強度によって分類することができます。

最後に、 磁気抵抗 磁力計の方法は、外部磁場にさらされたときに電気抵抗を変化させる物体の能力を検出することに依存しています。 磁気誘導技術と同様に、磁力計は 異方性磁気抵抗（AMR） 強磁性体は、磁化された後、磁化が除去された後でも磁気特性を示す材料です。

AMRは、磁化の存在下で電流の方向と磁化の間を検出することを含みます。 これは、材料を構成する電子軌道のスピンが外部場の存在下で再分布するときに発生します。

電子のスピンは、電子が実際にこまやボールのようにスピンする方法ではなく、固有の量子特性であり、角運動量の形式です。 電気抵抗は、電流が外部磁場と平行であるときに最大値になるため、磁場を適切に計算できます。

ザ・ mangetoresistiveセンサー 磁力計では、磁場を決定する際に物理学の基本法則に依存しています。 これらのセンサーは、磁場の存在下でホール効果を示し、センサー内の電子が弧状に流れます。 この円形の回転運動の半径が大きいほど、荷電粒子がたどる経路が大きくなり、磁場が強くなります。

アークの動きが増えると、パスの抵抗も大きくなるため、デバイスは、どのような磁場が荷電粒子にこの力を及ぼすかを計算できます。

これらの計算には、キャリアまたは電子の移動度、つまり外部磁場の存在下で電子が金属または半導体をどれだけ速く移動できるかが含まれます。 ホール効果の存在下では、それは時々呼ばれます ホールの移動性。

数学的には、磁力 F 粒子の電荷に等しい q 粒子の速度の外積の時間 v と磁場 B. それはの形を取ります ローレンツ方程式 磁性用 F = q（v x B） その中で バツ 外積です。

•••サイードフセインアザー

2つのベクトル間の外積を決定する場合 a そして b、結果のベクトルを理解することができます c 2つのベクトルがまたがる平行四辺形の大きさを持っています。 結果の外積ベクトルは、に垂直な方向にあります。 a そして b 右手の法則によって与えられます。

右手の法則は、右手の人差し指をベクトルbの方向に置き、右中指をベクトルaの方向に置くと、結果のベクトルが得られることを示しています。 c あなたの右手の親指の方向に行きます。 上の図には、これら3つのベクトルの方向の関係が示されています。

•••サイードフセインアザー

ローレンツ方程式は、電界が大きいほど、電界内で移動する荷電粒子に作用する電気力が大きくなることを示しています。 また、これらのベクトル専用の右手の法則により、荷電粒子の磁力、磁場、速度の3つのベクトルを関連付けることもできます。

上の図では、これらの3つの量は、右手がこれらの方向を指す自然な方法に対応しています。 各人差し指と中指と親指は、関係の1つに対応します。

磁力計はまた検出することができます 磁歪、2つの効果の組み合わせ。 最初は ジュール効果、磁場が物理的材料の収縮または膨張を引き起こす方法。 2番目は ビラリ効果、外部応力にさらされた材料が磁場にどのように反応するかがどのように変化するか。

これらの現象を測定しやすく、 互いに依存しているため、磁力計は磁気のさらに正確で正確な測定を行うことができます フィールド。 磁歪効果は非常に小さいため、デバイスはそれを間接的に測定する必要があります。

フラックスゲートセンサー 磁力計に磁場の検出の精度をさらに高めます。 これらのデバイスは、強磁性コアを備えた2つの金属コイルで構成されています。これらの材料は、磁化を受けた後、磁化が除去された後でも磁気特性を示します。

コアから生じる磁束または磁場を特定すると、どの電流または電流の変化がそれを引き起こした可能性があるかを把握できます。 2つのコアは、一方のコアにワイヤを巻き付ける方法がもう一方のコアを反映するように、互いに隣接して配置されます。

一定の間隔で方向を逆にする交流電流を送ると、両方のコアに磁場が発生します。 誘導された磁場は互いに反対になり、外部磁場がない場合は互いに打ち消し合う必要があります。 外部のものがある場合、磁気コアはこの外部磁場に応答してそれ自体を飽和させます。 磁場または磁束の変化を決定することにより、これらの外部磁場の存在を決定できます。

磁力計の用途は、磁場が関係する分野にまたがっています。 金属製の機器を作成して作業する製造工場や自動化されたデバイスでは、磁力計は次のことを保証できます。 機械は、金属の穴あけや材料の切断などのアクションを実行するときに、適切な方向を維持します。 形状。

サンプル材料を作成して研究を行う研究所は、磁場にさらされたときにホール効果などのさまざまな物理的力がどのように作用するかを理解する必要があります。 彼らは分類することができます 磁気モーメント 反磁性、常磁性、強磁性または反強磁性として。

反磁性材料 不対電子がないか、ほとんどないため、磁気的な振る舞いはあまり見られません。 常磁性 磁場を自由に流すための不対電子があり、強磁性体は磁性を示します 電子が磁気に平行にスピンする外部場の存在下での特性 ドメイン、および 反強磁性 材料はそれらに逆平行な電子スピンを持っています。

同様の分野の考古学者、地質学者、研究者は、物理学と化学の材料の特性を計算することで検出できます 磁場を使用して他の磁気特性を決定する方法や、地球の深部にある物体を見つける方法を説明します。 表面。 それらは、研究者に石炭鉱床の場所を決定させ、地球の内部をマッピングさせることができます。 軍事専門家はこれらの装置が潜水艦の位置を特定するのに役立つと考えており、天文学者は宇宙の物体が地球の磁場によってどのように影響を受けるかを調査するのに役立つと考えています。