Kas ir magnetometrs?

Magnetometri(dažreiz rakstīts kā "magneto mērītājs") mēra stiprumu un virzienu magnētiskais lauks, parasti tiek dota teslas vienībās. Metāliskiem priekšmetiem nonākot saskarē ar Zemes magnētisko lauku vai tuvojoties tam, tiem piemīt magnētiskās īpašības.

Materiāliem ar tādu metālu un metālu sakausējumu sastāvu, kas ļauj elektroniem un lādiņam brīvi plūst, tiek izdalīti magnētiskie lauki. Kompass ir labs piemērs tam, kā metāla priekšmets mijiedarbojas ar Zemes magnētisko lauku tā, ka adata norāda uz magnētiskajiem ziemeļiem.

Magnetometri mēra arī magnētiskās plūsmas blīvums, magnētiskās plūsmas daudzums noteiktā apgabalā. Jūs varat iedomāties plūsmu kā tīklu, kas ļauj ūdenim plūst caur to, ja jūs leņķojat upes straumes virzienā. Plūsma mēra, cik liela daļa elektriskā lauka caur to plūst šādā veidā.

Magnētiskā lauka formu no šīs vērtības varat noteikt, ja izmērāt to virs noteiktas plakanas virsmas, piemēram, taisnstūra loksnes vai cilindriska korpusa. Tas ļauj jums noskaidrot, kā magnētiskais lauks, kas iedarbojas uz objektu vai kustīgu lādētu daļiņu, ir atkarīgs no leņķa starp laukumu un lauku.

Magneto skaitītāja sensors nosaka magnētiskās plūsmas blīvumu, kuru var pārveidot par magnētisko lauku. Pētnieki izmanto magnetometrus, lai noteiktu dzelzs nogulsnes uz Zemes, mērot dažādu iežu struktūru izstaroto magnētisko lauku. Zinātnieki var arī izmantot magnetometrus, lai noteiktu kuģu avāriju un citu objektu atrašanās vietas zem jūras vai zem zemes.

Magnetometrs var būt vai nu vektors, vai skalārs. Vektoru magnetometri noteikt plūsmas blīvumu noteiktā kosmosa virzienā atkarībā no tā, kā jūs to orientējat. Skalāri magnetometrino otras puses, nosaka tikai plūsmas vektora lielumu vai stiprumu, nevis leņķa pozīciju, kurā tas tiek mērīts.

Viedtālruņi un citi mobilie tālruņi izmanto iebūvētus magnetometrus, lai mērītu magnētiskos laukus un noteiktu, kurš ceļš ir uz ziemeļiem caur paša tālruņa strāvu. Parasti viedtālruņi tiek veidoti ar mērķi būt daudzdimensiju tām atbalstītajām lietojumprogrammām un funkcijām. Lai noteiktu atrašanās vietu un kompasa virzienus, viedtālruņi izmanto arī tālruņa akselerometra un GPS ierīces izvadi.

Šie akselerometri ir iebūvētas ierīces, kas var noteikt viedtālruņu atrašanās vietu un orientāciju, piemēram, virzienu, uz kuru jūs to vēršat. Tos izmanto fitnesa lietotnēs un GPS pakalpojumos, mērot, cik ātri tālrunis paātrinās. Viņi strādā, izmantojot mikroskopisku kristālu struktūru sensorus, kas var noteikt precīzas, nelielas paātrinājuma izmaiņas, aprēķinot uz tiem izdarīto spēku.

Ķīmijas inženieris Bils Hamams sacīja, ka inženieri šos akselerometrus izveido no silīcija tā, lai pārvietojoties tie viedtālruņos paliktu droši un stabili. Šīm mikroshēmām ir daļa, kas svārstās vai pārvietojas uz priekšu un atpakaļ, kas nosaka seismiskās kustības. Mobilais tālrunis var noteikt precīzu silīcija loksnes kustību šajā ierīcē, lai noteiktu paātrinājumu.

Magnetometrs var ļoti atšķirties no tā, kā tas darbojas. Vienkāršam kompasa piemēram, kompasa adata izlīdzinās ar Zemes magnētiskā lauka ziemeļiem tā, ka tad, kad tas ir miera stāvoklī, tas ir līdzsvarā. Tas nozīmē, ka uz to iedarbojošos spēku summa ir nulle, un paša kompasa smaguma svars atceļas ar magnētisko spēku no Zemes, kas uz to iedarbojas. Lai gan piemērs ir vienkāršs, tas ilustrē magnētisma īpašību, kas ļauj darboties citiem magnetometriem.

Elektroniskie kompasi var noteikt, kurš virziens ir magnētiskais ziemeļu virziens, izmantojot tādas parādības kā Zāles efekts, magnetoindukcijavai mangetorezistence.

Hall efekts nozīmē, ka vadītāji, kuriem cauri plūst elektriskās strāvas, rada spriegumu, kas ir perpendikulārs strāvas laukam un virzienam. Tas nozīmē, ka magnetometri var izmantot pusvadītāju materiālu, lai izlaistu strāvu un noteiktu, vai magnētiskais lauks atrodas tuvumā. Tas mēra veidu, kā magnētiskā lauka dēļ tiek deformēta vai leņķiska strāva, un spriegums, pie kura tas notiek, ir Zāles spriegums, kam jābūt proporcionālam magnētiskajam laukam.

Magnetoinduction metodes, turpretī, mēra, cik materiāls ir vai kļūst magnētisks, pakļaujoties ārējam magnētiskajam laukam. Tas ietver radīšanu demagnetizācijas līknes, ko dēvē arī par B-H līknēm vai histerēzes līknēm, kas magnētiskā lauka ietekmē mēra magnētisko plūsmu un magnētiskā spēka izturību caur materiālu.

Šīs līknes ļauj zinātniekiem un inženieriem klasificēt materiālus, kas veido tādas ierīces kā baterijas un elektromagnētus, atbilstoši tam, kā šie materiāli reaģē uz ārējo magnētisko lauku. Viņi var noteikt, kādu magnētisko plūsmu un spēku šie materiāli piedzīvo, pakļauti ārējiem laukiem, un klasificēt tos pēc magnētiskās izturības.

Visbeidzot, magnetorezistence metodes magnetometros balstās uz objekta spējas noteikšanu, lai mainītu elektrisko pretestību, pakļaujoties ārējam magnētiskajam laukam. Līdzīgi kā magnetoindukcijas paņēmienos, magnetometri izmanto anizotropā magnetorezistence (AMR) no feromagnētiem, materiāliem, kas pēc tam, kad tie ir pakļauti magnetizācijai, uzrāda magnētiskās īpašības pat pēc tam, kad magnetizācija ir noņemta.

AMR ietver noteikšanu starp elektriskās strāvas virzienu un magnetizāciju magnetizācijas klātbūtnē. Tas notiek, kad elektronu orbītas, kas veido materiālu, griezieni pārdalās paši ārējā lauka klātbūtnē.

Elektrona griešanās nav tā, kā elektrons faktiski griežas tā, it kā tas būtu vērpšanas virsotne vai bumba, bet tas drīzāk ir iekšējais kvantu īpašums un leņķiskā impulsa forma. Elektriskajai pretestībai ir maksimālā vērtība, ja strāva ir paralēla ārējam magnētiskajam laukam, lai lauku varētu atbilstoši aprēķināt.

The mangetorezistīvie sensori magnetometros magnētiskā lauka noteikšanā paļaujas uz fizikas pamatlikumiem. Šie sensori magnētisko lauku klātbūtnē izrāda Hall efektu tā, ka elektroni, kas tajos atrodas, plūst loka formā. Jo lielāks ir šīs apļveida, rotējošās kustības rādiuss, jo lielāks ir lādēto daļiņu ceļš un jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks.

Palielinoties loka kustībām, ceļam ir arī lielāka pretestība, tāpēc ierīce var aprēķināt, kāda veida magnētiskais lauks radīs šo spēku uz uzlādēto daļiņu.

Šie aprēķini ir saistīti ar nesēja vai elektronu mobilitāti, cik ātri elektrons var pārvietoties pa metālu vai pusvadītāju ārējā magnētiskā lauka klātbūtnē. Zāles efekta klātbūtnē to dažreiz sauc par Zāles mobilitāte.

Matemātiski magnētiskais spēks F ir vienāds ar daļiņas lādiņu q laiks daļiņas ātruma šķērsprodukts v un magnētiskais lauks B. Tas izpaužas kā Lorenca vienādojums par magnētismu F = q (v x B) kurā x ir šķērsprodukts.

•••Syed Hussain Ather

Ja vēlaties noteikt krustojuma reizinājumu starp diviem vektoriem a un b, jūs varat saprast, ka iegūtais vektors c ir paralelograma lielums, kuru aptver abi vektori. Iegūtais šķērsprodukta vektors atrodas perpendikulārā virzienā a un b ko dod labās rokas likums.

Labās puses likums saka, ka, ja jūs novietojat labo rādītājpirkstu vektora b virzienā un labo vidējo pirkstu vektora a virzienā, iegūtais vektors c iet labā īkšķa virzienā. Iepriekš redzamajā diagrammā ir parādīta saistība starp šiem trim vektoru virzieniem.

•••Syed Hussain Ather

Lorenca vienādojums jums saka, ka ar lielāku elektrisko lauku laukā ir lielāks elektriskais spēks, kas tiek iedarbināts uz kustīgu lādētu daļiņu. Varat arī saistīt trīs vektoru magnētisko spēku, magnētisko lauku un uzlādētās daļiņas ātrumu, izmantojot labās puses likumu, kas īpaši paredzēts šiem vektoriem.

Iepriekš minētajā diagrammā šie trīs lielumi atbilst dabiskajam veidam, ko jūsu labā roka norāda šajos virzienos. Katrs rādītājs un vidējais pirksts un īkšķis atbilst vienai no attiecībām.

Magnetometri var arī noteikt magnetostrikcija, divu efektu kombinācija. Pirmais ir Džoula efekts, kā magnētiskais lauks izraisa fizikālā materiāla saraušanos vai izplešanos. Otrais ir Villari efekts, kā ārējam spriegumam pakļautais materiāls mainās, reaģējot uz magnētiskajiem laukiem.

Izmantojot magnetostrikcijas materiālu, kas parāda šīs parādības viegli izmērāmos un veidos atkarīgi viens no otra, magnetometri var veikt vēl precīzākus un precīzākus magnētiskos mērījumus laukā. Tā kā magnetostrikcijas efekts ir ļoti mazs, ierīcēm tas ir jāmēra netieši.

Fluxgate sensori piešķir magnetometram vēl lielāku precizitāti magnētisko lauku noteikšanā. Šīs ierīces sastāv no divām metāla spolēm ar feromagnētiskiem serdeņiem, materiāliem, kas pēc tam, kad tie ir pakļauti magnetizācijai, parāda magnētiskās īpašības pat pēc tam, kad magnētizācija ir noņemta.

Nosakot magnētisko plūsmu vai magnētisko lauku, kas rodas no kodola, jūs varat noskaidrot, kāda strāva vai strāvas maiņa to varēja izraisīt. Abi serdeņi ir novietoti blakus viens otram tā, lai vadu uztīšanas veids ap vienu serdi spoguli otru.

Nosūtot maiņstrāvu, kas regulāri maina virzienu, jūs izveidojat magnētisko lauku abos serdeņos. Izraisītajiem magnētiskajiem laukiem vajadzētu pretoties viens otram un atcelt viens otru, ja nav ārēja magnētiskā lauka. Ja ir ārējs, magnētiskais kodols piesātinās, reaģējot uz šo ārējo lauku. Nosakot magnētiskā lauka vai plūsmas izmaiņas, jūs varat noteikt šo ārējo magnētisko lauku klātbūtni.

Jebkura magnetometra diapazona pielietojums dažādās disciplīnās, kurās magnētiskais lauks ir būtisks. Ražošanas rūpnīcās un automatizētās ierīcēs, kas rada metāliskas iekārtas un strādā ar tām, magnētometrs to var nodrošināt mašīnas saglabā atbilstošu virzienu, veicot tādas darbības kā urbšana caur metāliem vai materiālu griešana forma.

Laboratorijām, kas veido un veic materiālu paraugu izpēti, ir jāsaprot, kā dažādi fiziski spēki, piemēram, Hola efekts, darbojas, pakļaujoties magnētiskajiem laukiem. Viņi var klasificēt magnētiskie momenti kā diamagnētisks, paramagnētisks, feromagnētisks vai antiferromagnētisks.

Diamagnētiskie materiāli nav vai ir maz nesaistītu elektronu, tāpēc neizrāda daudz magnētiskas uzvedības, paramagnētisks vieniem ir nesapāroti elektroni, kas ļauj laukiem brīvi plūst, feromagnētiskais materiāls parāda magnētisko īpašības ārējā lauka klātbūtnē ar elektronu griežas paralēli magnētiskajam domēni un antiferromagnētisks materiāliem elektronu griezieni ir pretparalēli tiem.

Arheologi, ģeologi un pētnieki līdzīgās jomās var noteikt materiālu īpašības fizikā un ķīmijā, figurējot kā magnētisko lauku var izmantot citu magnētisko īpašību noteikšanai vai kā atrast objektus dziļi zem Zemes virsma. Viņi var ļaut pētniekiem noteikt ogļu atradņu atrašanās vietu un kartēt Zemes interjeru. Militāri profesionāļi uzskata, ka šīs ierīces ir noderīgas, lai atrastu zemūdenes, un astronomiem tās ir noderīgas, lai izpētītu, kā kosmosa objektus ietekmē Zemes magnētiskais lauks.