자력계(때로는 "마그네토 미터"로 쓰여짐) 강도와 방향 측정 자기장, 일반적으로 테슬라 단위로 제공됩니다. 금속 물체가 지구 자기장과 접촉하거나 가까이 오면 자기 특성을 나타냅니다.
전자와 전하를 자유롭게 흐르게하는 금속 및 금속 합금의 이러한 구성을 가진 재료의 경우 자기장이 발산됩니다. 나침반은 바늘이 자북을 가리 키도록 지구 자기장과 상호 작용하는 금속 물체의 좋은 예입니다.
자력계는 또한 자속 밀도, 특정 영역에 대한 자속의 양. 플럭스는 강의 흐름 방향으로 기울이면 물이 흐르게하는 그물로 생각할 수 있습니다. 플럭스는 이러한 방식으로 얼마나 많은 전기장이 그것을 통과하는지 측정합니다.
직사각형 시트 또는 원통형 케이스와 같은 특정 평면 표면에서 측정하면이 값에서 자기장을 결정할 수 있습니다. 이를 통해 물체 또는 움직이는 하전 입자에 힘을 가하는 자기장이 영역과 자기장 사이의 각도에 어떻게 의존하는지 파악할 수 있습니다.
자력계의 센서
마그네토 미터의 센서는 자기장으로 변환 될 수있는 자속 밀도를 감지합니다. 연구원들은 자력계를 사용하여 다양한 암석 구조에서 방출되는 자기장을 측정하여 지구에있는 철 퇴적물을 감지합니다. 과학자들은 또한 자력계를 사용하여 바다 또는 지구 아래 난파선 및 기타 물체의 위치를 확인할 수 있습니다.
자력계는 벡터 또는 스칼라 일 수 있습니다. 벡터 자력계 방향에 따라 공간의 특정 방향에서 자속 밀도를 감지합니다. 스칼라 자력계반면에, 측정되는 각도의 위치가 아닌 플럭스 벡터의 크기 또는 강도 만 감지합니다.
자력계의 용도
스마트 폰 및 기타 휴대 전화는 내장 자력계를 사용하여 자기장을 측정하고 휴대 전화 자체의 전류를 통해 북쪽이 어느 방향인지 확인합니다. 일반적으로 스마트 폰은 지원할 수있는 응용 프로그램과 기능에 대해 다차원적인 목적으로 설계되었습니다. 스마트 폰은 또한 휴대 전화의 가속도계와 GPS 장치의 출력을 사용하여 위치와 나침반 방향을 결정합니다.
이러한 가속도계는 사용자가 가리키는 방향과 같은 스마트 폰의 위치와 방향을 결정할 수있는 내장 장치입니다. 휴대 전화의 가속 속도를 측정하여 피트니스 기반 앱 및 GPS 서비스에서 사용됩니다. 그들은 가해지는 힘을 계산하여 정밀하고 미세한 가속 변화를 감지 할 수있는 미세한 결정 구조의 센서를 사용하여 작동합니다.
화학 엔지니어 인 Bill Hammack은 엔지니어들이 이동하는 동안 스마트 폰에서 안전하고 안정적인 상태를 유지하기 위해 실리콘으로 이러한 가속도계를 만듭니다. 이 칩에는 지진 움직임을 감지하는 진동 또는 앞뒤로 움직이는 부품이 있습니다. 휴대폰은이 장치에서 실리콘 시트의 정확한 움직임을 감지하여 가속도를 결정할 수 있습니다.
재료의 자력계
자력계는 작동 방식에 따라 크게 다를 수 있습니다. 나침반의 간단한 예를 들어, 나침반의 바늘은 지구 자기장의 북쪽에 정렬되어 안정 상태에있을 때 평형 상태에 있습니다. 이것은 그것에 작용하는 힘의 합이 0이고 나침반 자체의 중력의 무게가 그것에 작용하는 지구로부터의 자기력과 함께 상쇄됨을 의미합니다. 예제는 간단하지만 다른 자력계가 작동 할 수 있도록하는 자성의 속성을 보여줍니다.
전자 나침반은 다음과 같은 현상을 사용하여 자북 방향을 결정할 수 있습니다. 홀 효과, 자기 유도, 또는 망막 저항.
자력계 뒤의 물리학
홀 효과는 전류가 흐르는 도체가 전류의 장과 방향에 수직 인 전압을 생성 함을 의미합니다. 즉, 자력계는 반도체 물질을 사용하여 전류를 통과시키고 자기장이 근처에 있는지 여부를 확인할 수 있습니다. 자기장으로 인해 전류가 왜곡되거나 기울어지는 방식을 측정하며 이것이 발생하는 전압은 홀 전압, 자기장에 비례해야합니다.
자기 유도 대조적으로 방법은 외부 자기장에 노출되었을 때 물질이 자화되는 정도를 측정합니다. 여기에는 감자 곡선B-H 곡선 또는 히스테리시스 곡선으로도 알려져 있으며, 자기장에 노출되었을 때 재료를 통해 자속 및 자기력 강도를 측정합니다.
이러한 곡선을 통해 과학자와 엔지니어는 배터리 및 전자석과 같은 장치를 구성하는 물질을 외부 자기장에 반응하는 방식에 따라 분류 할 수 있습니다. 그들은 외부 필드에 노출되었을 때 이러한 물질이 경험하는 자속과 힘을 결정하고 자기 강도로 분류 할 수 있습니다.
드디어, 자기 저항 자력계의 방법은 외부 자기장에 노출 될 때 전기 저항을 변경하는 물체의 능력을 감지하는 데 의존합니다. 자기 유도 기술과 유사하게 자 기계는 이방성 자기 저항 (AMR) 자화를 거친 후 자화가 제거 된 후에도 자기 특성을 나타내는 물질 인 강 자석의.
AMR은 자화가있는 상태에서 전류와 자화의 방향 사이를 감지하는 것을 포함합니다. 이것은 물질을 구성하는 전자 궤도의 스핀이 외부 장이있을 때 재분배되면서 발생합니다.
전자 스핀은 전자가 마치 팽이나 공처럼 실제로 회전하는 방식이 아니라 본질적인 양자 특성이자 각운동량의 한 형태입니다. 전기 저항은 전류가 외부 자기장과 평행 할 때 최대 값을 가지므로 자기장을 적절하게 계산할 수 있습니다.
자력계 현상
그만큼 조작 저항 센서 자력계에서 자기장을 결정할 때 물리학의 기본 법칙에 의존합니다. 이 센서는 자기장의 존재하에 홀 효과를 나타내므로 내부의 전자가 호 모양으로 흐릅니다. 이 원형 회전 운동의 반경이 클수록 하전 입자가 취하는 경로가 커지고 자기장이 강해집니다.
아크 운동이 증가함에 따라 경로는 더 큰 저항을 가지므로 장치는 어떤 종류의 자기장이 하전 입자에이 힘을가하는지 계산할 수 있습니다.
이러한 계산에는 캐리어 또는 전자 이동성, 즉 외부 자기장이 존재하는 경우 전자가 금속 또는 반도체를 통해 얼마나 빨리 이동할 수 있는지가 포함됩니다. 홀 효과가있는 상태에서 때때로 홀 이동성.
수학적으로 자기력 에프 입자의 전하와 같습니다 큐 입자 속도의 외적 시간 V 및 자기장 비. 그것은 형식을 취합니다 로렌츠 방정식 자성을 위해 F = q (v x B) 어느 엑스 외적입니다.
•••Syed Hussain Ather
두 벡터 간의 외적을 확인하려는 경우 ㅏ 과 비, 결과 벡터가 씨 두 벡터에 걸쳐있는 평행 사변형의 크기를가집니다. 결과 외적 벡터는 다음에 수직 인 방향입니다. ㅏ 과 비 오른손 법칙에 의해 주어집니다.
오른손 법칙은 오른쪽 집게 손가락을 벡터 b 방향으로 놓고 오른쪽 중지 손가락을 벡터 a 방향으로 놓으면 결과 벡터가 씨 오른쪽 엄지 방향으로갑니다. 위의 다이어그램에서이 세 벡터의 방향 간의 관계가 표시됩니다.
•••Syed Hussain Ather
Lorentz 방정식은 전기장이 커질수록 전기장에서 움직이는 하전 입자에 더 많은 전기력이 가해집니다. 또한 이러한 벡터에 대해 특별히 오른손 법칙을 통해 하전 입자의 세 벡터 자기력, 자기장 및 속도를 연결할 수 있습니다.
위의 다이어그램에서이 세 가지 양은 오른손이 이러한 방향을 가리키는 자연스러운 방식에 해당합니다. 각 검지, 중지 및 엄지는 관계 중 하나에 해당합니다.
기타 자력계 현상
자력계는 자기 변형, 두 가지 효과의 조합. 첫 번째는 줄 효과, 자기장이 물리적 인 물질의 수축 또는 팽창을 일으키는 방식. 두 번째는 빌라 리 효과, 재료가 자기장에 반응하는 방식에서 외부 응력을받는 방식에 따라 달라집니다.
측정하기 쉬운 방식으로 이러한 현상을 나타내는 자기 변형 재료를 사용하여 자력계는 자 기계를 더욱 정확하고 정확하게 측정 할 수 있습니다. 들. 자기 변형 효과는 매우 작기 때문에 장치는이를 간접적으로 측정해야합니다.
정확한 자력계 측정
플럭스 게이트 센서 자기장을 감지하는 데있어 자력계가 훨씬 더 정확합니다. 이 장치는 자화를 거친 후 자화가 제거 된 후에도 자기 특성을 나타내는 강자성 코어가있는 두 개의 금속 코일로 구성됩니다.
코어에서 발생하는 자속 또는 자기장을 결정할 때 어떤 전류 또는 전류 변화가 원인인지 파악할 수 있습니다. 두 개의 코어는 와이어가 한 코어에 감겨있는 방식이 다른 코어를 미러링하도록 서로 옆에 배치됩니다.
일정한 간격으로 방향을 바꾸는 교류를 보내면 두 코어에서 자기장을 생성합니다. 유도 된 자기장은 서로 반대되어야하며 외부 자기장이 없으면 서로 상쇄되어야합니다. 외부 필드가있는 경우 자기 코어는이 외부 필드에 응답하여 자체적으로 포화됩니다. 자기장 또는 자속의 변화를 확인하여 이러한 외부 자기장의 존재를 확인할 수 있습니다.
실제 자력계
자기장이 관련된 분야에 걸쳐 모든 자력계의 적용 범위. 금속 장비를 만들고 작동하는 제조 공장 및 자동화 장치에서 자력계는 기계는 금속을 뚫거나 재료를 절단하는 등의 작업을 수행 할 때 적절한 방향을 유지합니다. 모양.
샘플 재료를 만들고 연구하는 실험실은 자기장에 노출되었을 때 홀 효과와 같은 다양한 물리적 힘이 어떻게 작용하는지 이해해야합니다. 그들은 분류 할 수 있습니다 자기 모멘트 반자성, 상자성, 강자성 또는 반 강자성.
반자성 재료 짝을 이루지 않은 전자가 거의 없거나 거의 없으므로 자기 행동을 많이 나타내지 않습니다. 상자성 하나는 자기장이 자유롭게 흐르도록하기 위해 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있습니다. 전자가 자기와 평행하게 회전하는 외부 장의 존재에서 특성 도메인 및 반 강자성 물질은 전자가 그들과 반 평행하게 회전합니다.
유사한 분야의 고고학자, 지질 학자 및 연구자들은 다음과 같은 방법으로 물리학 및 화학 물질의 특성을 감지 할 수 있습니다. 자기장을 사용하여 다른 자기 특성을 결정하는 방법 또는 지구 깊은 곳에서 물체를 찾는 방법 표면. 그들은 연구자들이 석탄 매장지의 위치를 결정하고 지구의 내부를지도 화하도록 할 수 있습니다. 군사 전문가들은 이러한 장치가 잠수함을 찾는 데 유용하다고 생각하고 천문학 자들은이 장치가 우주의 물체가 지구 자기장의 영향을받는 방식을 탐색하는 데 유용하다고 생각합니다.
