Kas yra magnetometras?

Magnetometrai(kartais parašyta kaip „magnetometras“) išmatuoja stiprumą ir kryptį magnetinis laukas, paprastai pateikiami teslų vienetais. Kai metaliniai daiktai liečiasi ar priartėja prie Žemės magnetinio lauko, jie pasižymi magnetinėmis savybėmis.

Medžiagoms, kurių sudėtyje yra metalų ir metalų lydinių, leidžiančių elektronams ir krūviui laisvai tekėti, skleidžiami magnetiniai laukai. Kompasas yra geras pavyzdys, kai metalinis objektas sąveikauja su Žemės magnetiniu lauku taip, kad adata rodo į magnetinę šiaurę.

Magnetometrai taip pat matuoja magnetinio srauto tankis, magnetinio srauto kiekis tam tikroje srityje. Jūs galite galvoti apie srautą kaip apie tinklą, leidžiantį vandeniui juo tekėti, jei pasisuksite upės srovės kryptimi. Srautas matuoja, kiek elektrinio lauko teka tokiu būdu.

Šios vertės magnetinį lauką galite nustatyti, jei išmatuosite jį ant konkretaus plokštuminio paviršiaus, pavyzdžiui, stačiakampio formos lakšto ar cilindrinio korpuso. Tai leidžia išsiaiškinti, kaip magnetinis laukas, veikiantis jėgą daiktui ar judančiai įkrautai dalelei, priklauso nuo kampo tarp srities ir lauko.

Magnetometro jutiklis nustato magnetinio srauto tankį, kurį galima paversti magnetiniu lauku. Mokslininkai magnetometrais nustato geležies sankaupas Žemėje, matuodami įvairių uolienų struktūrų skleidžiamą magnetinį lauką. Mokslininkai taip pat gali naudoti magnetometrus, kad nustatytų laivo nuolaužų ir kitų objektų vietas po jūra arba po žeme.

Magnetometras gali būti vektorinis arba skaliarinis. Vektoriniai magnetometrai aptikti srauto tankį tam tikra kryptimi erdvėje, atsižvelgiant į tai, kaip jį orientuojate. Skaliariniai magnetometraikita vertus, nustatykite tik srauto vektoriaus dydį ar stiprumą, o ne kampo, kuriuo jis matuojamas, padėtį.

Išmanieji telefonai ir kiti mobilieji telefonai naudoja įmontuotus magnetometrus, kad matuotų magnetinius laukus ir nustatytų, kuris kelias yra į šiaurę per paties telefono srovę. Paprastai išmanieji telefonai yra suprojektuoti taip, kad būtų daugialypiai toms programoms ir funkcijoms, kurias jie gali palaikyti. Išmanieji telefonai taip pat naudoja telefono akselerometro ir GPS įrenginio išvestį, kad nustatytų vietą ir kompaso kryptis.

Šie akselerometrai yra įmontuoti įrenginiai, galintys nustatyti išmaniųjų telefonų padėtį ir orientaciją, pvz., Kryptį, kuria jį nukreipiate. Jie naudojami kūno rengybos programose ir GPS paslaugose matuojant, kaip greitai pagreitėja jūsų telefonas. Jie dirba naudodami mikroskopinių kristalų struktūrų jutiklius, kurie gali nustatyti tikslius, nedidelius pagreičio pokyčius, apskaičiuojant jiems tenkančią jėgą.

Chemijos inžinierius Billas Hammackas sakė, kad inžinieriai sukuria šiuos akselerometrus iš silicio, kad judėdami jie išliktų saugūs ir stabilūs išmaniuosiuose telefonuose. Šie lustai turi dalį, kuri svyruoja arba juda pirmyn ir atgal, aptinkanti seisminius judesius. Mobilusis telefonas gali aptikti tikslų silicio lakšto judėjimą šiame įrenginyje, kad būtų galima nustatyti pagreitį.

Magnetometras gali labai skirtis, kaip jis veikia. Paprasčiausias kompaso pavyzdys: kompaso adata lygiuotis į šiaurę nuo Žemės magnetinio lauko taip, kad ramybės būsenoje jis būtų pusiausvyroje. Tai reiškia, kad jį veikiančių jėgų suma lygi nuliui, o paties kompaso sunkio svoris panaikinamas su jį veikiančia Žemės magnetine jėga. Nors pavyzdys yra paprastas, jis iliustruoja magnetizmo savybę, leidžiančią veikti kitiems magnetometrams.

Elektroniniai kompasai gali nustatyti, kuri kryptis yra magnetinė šiaurė, naudojant tokius reiškinius kaip Salės efektas, magnetinė indukcijaarba mangetorezistencija.

„Hall“ efektas reiškia, kad laidininkai, pro kuriuos teka elektros srovės, sukuria įtampą, statmeną srovės laukui ir krypčiai. Tai reiškia, kad magnetometrai gali naudoti puslaidininkines medžiagas, kad praleistų srovę ir nustatytų, ar magnetinis laukas yra šalia. Jis matuoja srovės iškraipymą ar kampą dėl magnetinio lauko, o įtampa, kuriai esant tai yra Salės įtampa, kuris turėtų būti proporcingas magnetiniam laukui.

Magnetindukcija metodai, atvirkščiai, matuoja, kokia medžiaga yra įmagnetinta arba tampa veikiama išorinio magnetinio lauko. Tai apima kūrybą demagnetinimo kreivės, taip pat žinomos kaip B-H kreivės arba histerezės kreivės, kurios matuoja magnetinį srautą ir magnetinės jėgos stiprumą per medžiagą veikiant magnetiniam laukui.

Šios kreivės leidžia mokslininkams ir inžinieriams klasifikuoti medžiagas, sudarančias tokius prietaisus kaip baterijos ir elektromagnetai, pagal tai, kaip šios medžiagos reaguoja į išorinį magnetinį lauką. Jie gali nustatyti, kokį magnetinį srautą ir jėgą patiria šios medžiagos, veikiami išorinių laukų, ir klasifikuoti juos pagal magnetinę jėgą.

Pagaliau, magnetinis atsparumas metodai magnetometruose yra nustatyti objekto gebėjimą pakeisti elektrinę varžą veikiant išoriniam magnetiniam laukui. Panašiai kaip magnetoindukcijos metodai, magnetometrai naudoja anizotropinė magnetoresistencija (AMR) feromagnetų, medžiagų, kurios, įmagnetinus, rodo magnetines savybes net pašalinus įmagnetinimą.

AMR apima elektros srovės krypties ir įmagnetinimo nustatymą esant įmagnetinimui. Tai atsitinka, kai medžiagą sudarančių elektronų orbitalių sukimai persiskirsto esant išoriniam laukui.

Elektrono sukimasis yra ne tai, kaip elektronas iš tikrųjų sukasi taip, lyg būtų besisukantis viršus ar rutulys, bet veikiau vidinė kvantinė savybė ir kampinio impulso forma. Elektrinė varža turi didžiausią vertę, kai srovė yra lygiagreti išoriniam magnetiniam laukui, kad lauką būtų galima tinkamai apskaičiuoti.

The mangorezistyvūs jutikliai magnetometruose remiasi pagrindiniais fizikos dėsniais nustatydami magnetinį lauką. Šie jutikliai demonstruoja Hall efektą esant magnetiniams laukams, kad juose esantys elektronai tekėtų lanko forma. Kuo didesnis šio apskrito, besisukančio judesio spindulys, tuo didesnį kelią eina įelektrintos dalelės ir stipresnis magnetinis laukas.

Didėjant lanko judėjimams, kelias turi didesnį pasipriešinimą, todėl prietaisas gali apskaičiuoti, koks magnetinis laukas veiktų šią jėgą įkrautai dalelei.

Šie skaičiavimai susiję su nešiklio ar elektronų judrumu, kaip greitai elektronas gali judėti per metalą ar puslaidininkį esant išoriniam magnetiniam laukui. Esant Hall efektui, jis kartais vadinamas Salės mobilumas.

Matematiškai magnetinė jėga F yra lygus dalelės krūviui q laiko dalelės greičio kryžminį sandaugą v ir magnetinis laukas B. Tai įgyja Lorenco lygtis už magnetizmą F = q (v x B) kuriame x yra kryžminis produktas.

•••Syedas Hussainas Atheris

Jei norite nustatyti kryžminį sandaugą tarp dviejų vektorių a ir b, galite išsiaiškinti, kad gautas vektorius c turi lygiagretainio, kurį apima abu vektoriai, dydį. Gautas kryžminio sandaugos vektorius yra statmenai krypčiai a ir b kurią davė dešinės rankos taisyklė.

Dešiniosios rankos taisyklė nurodo, kad jei dešinįjį rodomąjį pirštą pastatysite vektoriaus b kryptimi, o dešinįjį vidurinįjį - vektoriaus a kryptimi, gautas vektorius c eina dešiniojo nykščio kryptimi. Aukščiau pateiktoje diagramoje parodytas santykis tarp šių trijų vektoriaus krypčių.

•••Syedas Hussainas Atheris

Lorentzo lygtis jums sako, kad esant didesniam elektriniam laukui, joje didesnė elektrinė jėga veikia judančią įkrautą dalelę. Taip pat galite susieti trijų vektorių magnetinę jėgą, magnetinį lauką ir įkrautos dalelės greitį naudodamiesi dešiniąja ranka taisykle, specialiai skirtai šiems vektoriams.

Aukščiau pateiktoje diagramoje šie trys dydžiai atitinka natūralų būdą, kurį dešinė ranka nukreipia šiomis kryptimis. Kiekvienas rodyklės ir vidurinis pirštas ir nykštis atitinka vieną iš santykių.

Magnetometrai taip pat gali aptikti magnetostrikcija, dviejų efektų derinys. Pirmasis yra Džaulio efektas, kaip magnetinis laukas sukelia fizinės medžiagos susitraukimą ar išsiplėtimą. Antrasis yra Villari efektas, kaip keičiasi išorinio streso paveikta medžiaga, reaguojant į magnetinius laukus.

Naudojant magnetostrikcinę medžiagą, kuri šiuos reiškinius demonstruoja lengvai išmatuotais būdais ir magnetometrai gali vienas nuo kito priklausyti dar tiksliau ir tiksliau srityje. Kadangi magnetostrikcinis poveikis yra labai mažas, prietaisai turi jį matuoti netiesiogiai.

„Fluxgate“ jutikliai suteikti magnetometrui dar tiksliau aptikti magnetinius laukus. Šie įtaisai susideda iš dviejų metalinių ritinių su feromagnetinėmis šerdimis - medžiagomis, kurios, įmagnetinus, rodo magnetines savybes net pašalinus įmagnetinimą.

Kai nustatote magnetinį srautą ar magnetinį lauką, atsirandantį dėl šerdies, galite išsiaiškinti, kokia srovė ar pasikeitusi srovė jį galėjo sukelti. Dvi šerdys dedamos viena prie kitos taip, kad laidų apvyniojimas aplink vieną šerdį atspindėtų kitą.

Kai siunčiate kintamą srovę, kuri reguliariai keičia savo kryptį, jūs sukuriate magnetinį lauką abiejose šerdyse. Sukeltas magnetinis laukas turėtų priešintis vienas kitam ir panaikinti vienas kitą, jei nėra išorinio magnetinio lauko. Jei yra išorinis, magnetinė šerdis prisotins save, reaguodama į šį išorinį lauką. Nustatydami magnetinio lauko ar srauto pokytį, galite nustatyti šių išorinių magnetinių laukų buvimą.

Bet kurio magnetometro diapazono taikymas disciplinose, kuriose yra svarbus magnetinis laukas. Gamybinėse įmonėse ir automatiniuose įtaisuose, kurie kuria ir dirba su metaline įranga, magnetometras gali tai užtikrinti mašinos laikosi tinkamos krypties, kai atlieka veiksmus, pavyzdžiui, gręžia metalus ar pjauna medžiagas figūra.

Laboratorijos, kuriančios ir atliekančios mėginių medžiagų tyrimus, turi suprasti, kaip įvairios fizinės jėgos, tokios kaip Halės efektas, veikia veikiamos magnetinių laukų. Jie gali klasifikuoti magnetiniai momentai kaip diamagnetinė, paramagnetinė, feromagnetinė ar antiferromagnetinė.

Diamagnetinės medžiagos neturite arba nesu nesuporuotų elektronų, todėl nedemonstruokite daug magnetinio elgesio paramagnetinis vienoje iš jų yra nesuporuotų elektronų, kad laukai galėtų laisvai tekėti, feromagnetinė medžiaga rodo magnetą savybės esant išoriniam laukui, elektronui sukantis lygiagrečiai magnetui domenai ir antiferromagnetinis medžiagų elektronai sukasi priešingai.

Archeologai, geologai ir panašių sričių tyrėjai gali nustatyti medžiagų savybes fizikoje ir chemijoje pavaizduodami kaip magnetinis laukas gali būti naudojamas kitoms magnetinėms savybėms nustatyti arba kaip rasti objektus giliai po Žemės paviršius. Jie gali leisti tyrėjams nustatyti anglies telkinių vietą ir atvaizduoti Žemės vidų. Karo profesionalai mano, kad šie prietaisai yra naudingi ieškant povandeninių laivų, o astronomai - naudingi tyrinėjant, kaip Žemės magnetinis laukas veikia kosminius objektus.