რა არის მაგნიტომეტრი?

მაგნიტომეტრები(ზოგჯერ დაწერილი როგორც "მაგნიტომეტრი") გაზომეთ ძალა და მიმართულება მაგნიტური ველი, ჩვეულებრივ მოცემულია ტესლას ერთეულად. ლითონის ობიექტების კონტაქტის ან დედამიწის მაგნიტურ ველთან მისვლისას ისინი ავლენენ მაგნიტურ თვისებებს.

ლითონებისა და მეტალის შენადნობების ასეთი შემადგენლობის მქონე მასალებისთვის, რომლებიც ელექტრონებს და მუხტს თავისუფლად უშვებენ, მაგნიტური ველები გამოიყოფა. კომპასი კარგი მაგალითია იმისა, რომ მეტალის ობიექტი ურთიერთქმედებაში ხდება დედამიწის მაგნიტურ ველთან, ისე, რომ ნემსი მაგნიტური ჩრდილოეთისკენ მიემართება.

მაგნიტომეტრები ასევე იზომება მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივე, მაგნიტური ნაკადის რაოდენობა გარკვეულ არეალზე. ნაკადი შეიძლება წარმოიდგინოთ როგორც ბადე, რომელიც წყალს წყალს აძლევს, თუ მდინარის დინების მიმართულებით გადახრით. ნაკადი ზომავს, თუ რამდენი ელექტრული ველი მიედინება მასში ამ გზით.

თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ მაგნიტური ველის ფორმა, თუ გაზომავთ მას სპეციფიკურ ზედაპირულ ზედაპირზე, როგორიცაა მართკუთხა ფურცელი ან ცილინდრული კორპუსი. ეს საშუალებას გაძლევთ გაიგოთ, რამდენად დამოკიდებულია მაგნიტური ველი, რომელიც ახდენს ძალას ობიექტზე ან მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე, დამოკიდებულია კუთხეს არეასა და ველს შორის.

მაგნიტომეტრის სენსორი აფიქსირებს მაგნიტური ნაკადის სიმკვრივეს, რომელიც შეიძლება გადაიქცეს მაგნიტურ ველად. მკვლევარები იყენებენ მაგნიტომეტრებს დედამიწაზე რკინის დეპოზიტების დასადგენად ქანების სხვადასხვა სტრუქტურების მიერ გამოყოფილი მაგნიტური ველის გაზომვით. მეცნიერებს ასევე შეუძლიათ გამოიყენონ მაგნიტომეტრი, რათა დაადგინონ გემების ნაფლეთებისა და სხვა ობიექტების ადგილმდებარეობა ზღვის ქვეშ ან დედამიწის ქვეშ.

მაგნიტომეტრი შეიძლება იყოს ვექტორი ან სკალარი. ვექტორული მაგნიტომეტრი ნაკადის სიმკვრივის დადგენა სივრცეში კონკრეტული მიმართულებით, იმის მიხედვით, თუ როგორ მიმართავთ მას. სკალარული მაგნიტომეტრიმეორეს მხრივ, აფიქსირებს ნაკადის ვექტორის მხოლოდ სიდიდეს ან სიძლიერეს და არა იმ კუთხის პოზიციას, რომელზედაც იზომება იგი.

სმარტფონები და სხვა მობილური ტელეფონები იყენებენ ჩაშენებულ მაგნიტომეტრს მაგნიტური ველების გასაზომად და იმის დასადგენად, რომელი გზაა ჩრდილოეთით თავად ტელეფონიდან. ჩვეულებრივ, სმარტფონები შექმნილია იმისთვის, რომ იყვნენ მრავალგანზომილებიანი იმ პროგრამებისა და მახასიათებლებისთვის, რომელთა მხარდაჭერაც შეუძლიათ. სმარტფონები ასევე იყენებენ გამომავალს ტელეფონის აქსელერომეტრიდან და GPS ერთეულიდან, ადგილმდებარეობისა და კომპასის მიმართულებების დასადგენად.

ეს აქსელერომეტრები არის ჩამონტაჟებული მოწყობილობები, რომლებსაც შეუძლიათ განსაზღვრონ სმარტ ტელეფონების პოზიცია და ორიენტაცია, მაგალითად, მიმართულება, რომელზეც მიუთითებთ მას. ესენი გამოიყენება ფიტნესზე დაფუძნებულ აპებსა და GPS სერვისებში თქვენი ტელეფონის აჩქარების გაზომვით. ისინი მუშაობენ მიკროსკოპული ბროლის სტრუქტურების სენსორების გამოყენებით, რომლებსაც შეუძლიათ დააფიქსირონ აჩქარების ზუსტი, წუთიანი ცვლილებები მათზე დატვირთული ძალის გაანგარიშებით.

ქიმიური ინჟინრის ბილ ჰამაკის თქმით, ინჟინრები ამ აქსელერომეტრებს ქმნიან სილიციუმისგან ისე, რომ სმარტფონებში ისინი უსაფრთხოდ და სტაბილურად რჩებიან მოძრაობის დროს. ამ ჩიპებს აქვთ ნაწილი, რომელიც მოძრაობს ან მოძრაობს წინ და უკან, რომელიც აფიქსირებს სეისმურ მოძრაობებს. მობილურს შეუძლია დაადგინოს სილიციუმის ფურცლის ზუსტი მოძრაობა ამ მოწყობილობაში დაჩქარების დასადგენად.

მაგნიტომეტრი შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს მისი მუშაობის მიხედვით. კომპასის მარტივი მაგალითისთვის, კომპასის ნემსი სწორდება დედამიწის მაგნიტური ველის ჩრდილოეთით ისე, რომ როდესაც ის დანარჩენი მდგომარეობაშია, ის წონასწორობაზეა. ეს ნიშნავს, რომ მასზე მოქმედი ძალების ჯამი ნულია და კომპასის საკუთარი სიმძიმის წონა აუქმებს მასზე მოქმედი დედამიწის მაგნიტურ ძალას. მიუხედავად იმისა, რომ მაგალითი მარტივია, ის ასახავს მაგნეტიზმის თვისებას, რაც საშუალებას აძლევს სხვა მაგნიტომეტრებს იმუშაონ.

ელექტრონულ კომპასებს შეუძლიათ განსაზღვრონ რომელი მიმართულებაა მაგნიტური ჩრდილოეთი ისეთი ფენომენის გამოყენებით, როგორიცაა დარბაზის ეფექტი, მაგნიტოინდუქციაან მანგეტორეზისტენტობა.

დარბაზის ეფექტი ნიშნავს გამტარებს, რომლებსაც აქვთ ელექტრული დინებები მათში, ქმნიან ძაბვას პერპენდიკულარულად დენის ველსა და მიმართულებაზე. ეს ნიშნავს, რომ მაგნიტომეტრებს შეუძლიათ გამოიყენონ ნახევარგამტარული მასალა დინების გასავლელად და განსაზღვრონ ახლომდებარე მაგნიტური ველი. იგი ზომავს მაგნიტური ველის გამო მიმდინარე დამახინჯების ან დახრის გზას და ძაბვა, რომელზეც ეს ხდება არის დარბაზის ძაბვა, რომელიც პროპორციული უნდა იყოს მაგნიტური ველისა.

მაგნეტოინდუქცია ამის საწინააღმდეგოდ, მეთოდები ზომავს რამდენად მაგნიტიზირებულია მასალა ან ხდება გარე მაგნიტური ველის ზემოქმედებისას. ეს მოიცავს შექმნას დემაგნიზაციის მოსახვევებიასევე ცნობილია როგორც B-H მრუდები ან ჰისტერეზის მრუდები, რომლებიც გაზომავს მაგნიტურ ნაკადს და მაგნიტური ძალის სიძლიერეს მასალის საშუალებით, როდესაც ხდება მაგნიტური ველის ზემოქმედება.

ამ მოსახვევებში მეცნიერებსა და ინჟინრებს საშუალებას აძლევს დაალაგონ მასალა, რომელიც ქმნის მოწყობილობებს, როგორიცაა ელემენტები და ელექტრომაგნიტები იმის მიხედვით, თუ როგორ რეაგირებენ ეს მასალები გარე მაგნიტურ ველს. მათ შეუძლიათ განსაზღვრონ რა მაგნიტური ნაკადი და აიძულონ ეს მასალები გარე ველების ზემოქმედებისას და მოახდინონ მათი კლასიფიკაცია მაგნიტური სიძლიერის მიხედვით.

დაბოლოს, მაგნიტო წინააღმდეგობა მაგნიტომეტრების მეთოდები ეყრდნობა ობიექტის შესაძლებლობის გამოვლენას ელექტრული წინააღმდეგობის შესაცვლელად, გარეგანი მაგნიტური ველის ზემოქმედებისას. მაგნეტოინდუქციის ტექნიკის მსგავსად, მაგნიტომეტრები იყენებენ ანისოტროპული მაგნიტორეს წინააღმდეგობა (AMR) ფერომაგნიტების, მასალების, რომლებიც მაგნეტიზაციას ექვემდებარება, მაგნიტიზაციის თვისებების ამოღების შემდეგაც აჩვენებს მაგნიტურ თვისებებს.

AMR გულისხმობს ელექტრული დენის მიმართულებასა და მაგნიტიზაციას მაგნეტიზაციის თანდასწრებით. ეს ხდება, როდესაც ელექტრონული ორბიტალები ტრიალებს, რომლებიც ქმნიან მასალას, გადაანაწილებენ თავს გარე ველის არსებობისას.

ელექტრონი დატრიალება არ არის ის, თუ როგორ ელექტრონი ტრიალებს სინამდვილეში, თითქოს ის დაწნული ზედაპირი ან ბურთი იყოს, არამედ ეს არის შინაგანი კვანტური თვისება და კუთხოვანი იმპულსის ფორმა. ელექტრულ წინააღმდეგობას აქვს მაქსიმალური მნიშვნელობა, როდესაც დენი პარალელურად არის გარე მაგნიტური ველის, რომ ველის სათანადო გაანგარიშება მოხდეს.

მანგტორეზისციული სენსორები მაგნიტომეტრები მაგნიტური ველის განსაზღვრისას ეყრდნობიან ფიზიკის ფუნდამენტურ კანონებს. ეს სენსორები ავლენენ ჰოლის ეფექტს მაგნიტური ველის არსებობის პირობებში, ისე რომ ელექტრონები მათში მოედინება რკალის ფორმაში. რაც უფრო დიდია ამ წრიული, მბრუნავი მოძრაობის რადიუსი, მით უფრო დიდი ბილიკია დატვირთული ნაწილაკები და მით უფრო ძლიერია მაგნიტური ველი.

რკალის მოძრაობის ზრდით, გზას აქვს მეტი წინააღმდეგობა, ასე რომ მოწყობილობას შეუძლია გამოანგარიშოს, თუ რა სახის მაგნიტური ველი მოახდენს ამ ძალას დამუხტულ ნაწილაკზე.

ეს გათვლები გულისხმობს გადამზიდველის ან ელექტრონის მობილობას, რამდენად სწრაფად შეუძლია ელექტრონს გადაადგილება ლითონის ან ნახევარგამტარის მეშვეობით, გარე მაგნიტური ველის არსებობის შემთხვევაში. ჰოლის ეფექტის არსებობისას მას ზოგჯერ უწოდებენ დარბაზის მობილობა.

მათემატიკურად, მაგნიტური ძალა ვ ტოლია ნაწილაკის მუხტის q დრო ნაწილაკის სიჩქარის ჯვარედინი პროდუქტი ვ და მაგნიტური ველი ბ. იგი იღებს ფორმას ლორენცის განტოლება მაგნეტიზმისთვის F = q (v x B) რომელშიც x ჯვარედინი პროდუქტია.

•••საიდ ჰუსეინ ათერი

თუ გსურთ განსაზღვროთ ჯვარი პროდუქტი ორ ვექტორს შორის ა და ბ, შეგიძლიათ გაერკვნენ, რომ შედეგად მიღებული ვექტორი გ აქვს პარალელოგრამის სიდიდე, რომელსაც ორი ვექტორი მოიცავს. ჯვარედინი პროდუქტის ვექტორი არის პერპენდიკულარული მიმართულებით ა და ბ მოცემულია მარჯვენა წესით.

მარჯვენა წესი გეუბნებათ, რომ თუ მარჯვენა საჩვენებელ თითს დააყენებთ b ვექტორის მიმართულებით, ხოლო მარჯვენა შუა თითს a ვექტორის მიმართულებით, მიღებული ვექტორი გ მიდის თქვენი მარჯვენა ცერის მიმართულებით. ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ნაჩვენებია კავშირი ამ სამ ვექტორულ მიმართულებებს შორის.

•••საიდ ჰუსეინ ათერი

ლორენცის განტოლება გეუბნებათ, რომ უფრო მეტი ელექტრული ველის პირობებში, მეტი ელექტრული ძალა მოქმედებს მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე. თქვენ ასევე შეგიძლიათ დაუკავშიროთ სამი ვექტორი მაგნიტური ძალა, მაგნიტური ველი და დამუხტული ნაწილაკის სიჩქარე სპეციალურად ამ ვექტორებისთვის მარჯვენა ხელის საშუალებით.

ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ეს სამი სიდიდე შეესაბამება იმ ბუნებრივ გზას, რომელსაც თქვენი მარჯვენა მიუთითებს ამ მიმართულებით. თითოეული საჩვენებელი და შუა თითი და ცერი შეესაბამება ერთ – ერთ ურთიერთობას.

მაგნიტომეტრებს ასევე შეუძლიათ აღმოაჩინონ მაგნიტოსტრიქცია, ორი ეფექტის კომბინაცია. პირველი არის ჯულის ეფექტი, ისე, როგორც მაგნიტური ველი იწვევს ფიზიკური მასალის შეკუმშვას ან გაფართოებას. მეორე არის ვილარის ეფექტი, როგორ იცვლება გარე სტრესის ქვეშ მყოფი მასალა, როგორ რეაგირებს მაგნიტურ ველებზე.

მაგნიტოსტრიქციული მასალის გამოყენება, რომელიც ამ ფენომენებს ავლენს ადვილად გაზომვის და დამოკიდებულია ერთმანეთზე, მაგნიტომეტრებს შეუძლიათ კიდევ უფრო ზუსტი და ზუსტი გაზომვა გააკეთონ მაგნიტზე ველი იმის გამო, რომ მაგნიტოსტრიქციული ეფექტი ძალიან მცირეა, მოწყობილობებმა საჭიროა მისი ირიბი გაზომვა.

Fluxgate სენსორები მიეცით მაგნეტომეტრი კიდევ უფრო მეტ სიზუსტეს მაგნიტური ველის გამოვლენისას. ეს მოწყობილობები შედგება ორი ლითონის ხვიადან, რომელთაც აქვთ ფერომაგნიტური ბირთვები, მასალები, რომლებიც მაგნიტიზაციას ექვემდებარება, მაგნეტიზირებას აჩვენებს მაგნეტიზაციის ამოღების შემდეგაც.

როდესაც განსაზღვრავთ მაგნიტურ ნაკადს ან მაგნიტურ ველს, რომლებიც წარმოიქმნება ბირთვიდან, შეგიძლიათ გაერკვნენ, რამ შეიძლება გამოიწვიოს მიმდინარე ან შეცვლილი დინება. ორი ბირთვი მოთავსებულია ერთმანეთის გვერდით ისე, რომ მავთულხლართების ერთი ბირთვის ირგვლივ სარკის გარშემო ხდება მეორე.

როდესაც თქვენ აგზავნით ალტერნატიულ მიმდინარეობას, რომელიც შეცვლის მის მიმართულებას რეგულარული ინტერვალებით, თქვენ წარმოქმნით მაგნიტურ ველს ორივე ბირთვში. გამოწვეული მაგნიტური ველები უნდა დაუპირისპირდნენ ერთმანეთს და გააუქმონ ერთმანეთი, თუ არ არსებობს გარე მაგნიტური ველი. თუ არსებობს გარე, მაგნიტური ბირთვი გაჯერდება ამ გარე ველის საპასუხოდ. მაგნიტური ველის ან ნაკადის ცვლილების განსაზღვრით შეგიძლიათ განსაზღვროთ ამ გარე მაგნიტური ველების არსებობა.

ნებისმიერი მაგნიტომეტრის გამოყენება დისციპლინებში, რომელშიც მაგნიტური ველია მნიშვნელოვანი. საწარმოო საწარმოებსა და ავტომატიზირებულ მოწყობილობებში, რომლებიც ქმნიან და მუშაობენ მეტალურ მოწყობილობებზე, მაგნიტომეტრი უზრუნველყოფს ამის უზრუნველყოფას მანქანები ინარჩუნებენ შესაბამის მიმართულებას, როდესაც ისინი ასრულებენ ისეთ მოქმედებებს, როგორიცაა ლითონების ბურღვა ან მასალების ჭრა ფორმა

ლაბორატორიებმა, რომლებიც ქმნიან და ატარებენ კვლევას მასალების ნიმუშზე, უნდა გააცნობიერონ, თუ როგორ მოქმედებს სხვადასხვა ფიზიკური ძალები, როგორიცაა ჰოლის ეფექტი, მაგნიტური ველების ზემოქმედებისას. მათ შეუძლიათ კლასიფიკაცია მაგნიტური მომენტები როგორც დიამაგნიტური, პარამაგნიტური, ფერომაგნიტური ან ანტიფერომაგნიტური.

დიამაგნიტური მასალები არ აქვს არცერთი დაწყვილებული ელექტრონი, ამიტომ არ გამოავლინოთ მაგნიტური ქცევა პარამაგნიტური მათ აქვთ დაწყვილებული ელექტრონები, რათა ველებს თავისუფლად მიედინონ, ფერომაგნიტურ მასალას აჩვენოს მაგნიტური თვისებები გარე ველის არსებობისას ელექტრონი ტრიალებს მაგნიტის პარალელურად დომენები და ანტიფერომაგნიტური მასალებს ელექტრონულ ტრიალებს მათთან პარალელურად აქვთ.

არქეოლოგებს, გეოლოგებსა და მსგავს ადგილებში მკვლევარებს შეუძლიათ დაადგინონ ფიზიკისა და ქიმიის მასალების თვისებები დადგენით თუ როგორ შეიძლება მაგნიტური ველის გამოყენება სხვა მაგნიტური თვისებების დასადგენად ან როგორ ხდება ობიექტების განთავსება დედამიწის სიღრმეში ზედაპირი. მათ შეუძლიათ მკვლევარებს დაადგინონ ნახშირის საბადოების ადგილმდებარეობა და დაადგინონ დედამიწის ინტერიერი. სამხედრო პროფესიონალები მიიჩნევენ, რომ ეს მოწყობილობები სასარგებლოა წყალქვეშა ნავების მოსაძებნად, ასტრონომებს კი მათ სასარგებლო აქვთ დედამიწის მაგნიტური ველის გავლენა კოსმოსში არსებულ ობიექტებზე.