Bijna iedereen heeft een soort apparaat gebruikt waarmee traditionele richtingen kunnen worden bepaald - noord, zuid, oost, west en combinaties daarvan. De dagen van jongeren die door het bos ravotten met draagbare modellen uitgerust met een echte kompasnaald, zijn echter grotendeels in de vuilnisbak van de navigatiegeschiedenis terechtgekomen.
Tegenwoordig zijn vrijwel alle smartphones uitgerust met GPS-ontvangers (Global Positioning System) waarmee gebruikers binnen een paar meter kunnen bepalen waar ze zich op het directionele "raster" van de aarde bevinden. Deze technologie is gebaseerd op een netwerk van satellieten in een continue baan hoog boven de atmosfeer van de aarde. Maar vóór moderne raketten vertrouwden navigators op een nu verouderde maar buitengewoon slimme manier om richting te bepalen.
EEN magnetisch kompas is een hulpmiddel dat fundamenteel de bepaling mogelijk maakt van een referentiepunt of gebied op aarde dat overeenkomt met het magnetische noorden. Dit wijkt enigszins af van het ware noorden, maar met de variërende correctiefactoren die op verschillende punten in de buurt nodig zijn de wereld die nu bekend is, blijft een goed magnetisch kompas goed genoeg om een geoefende gebruiker van plaats naar plaats vrij te krijgen mooi.
Magneten en basisprincipes van magnetische velden
Magnetisme is een term die een wiskundig voorspelbare reeks effecten op deeltjes en systemen beschrijft in de tak van de natuurkunde die bekend staat als: elektromagnetisme. Net als bij zijn onafscheidelijke partner, elektriciteit, is magnetisme niet iets dat 'gezien' kan worden, maar veel van zijn effecten in de echte wereld zijn bekend en zijn opgenomen in talloze kritische aspecten van moderne technologie.
Magnetische "velden", die kunnen worden gezien als invloedslijnen op deeltjes die onderhevig zijn aan de fysieke effecten van magnetisme, worden getekend als oorsprong van een noorden magnetische pool en stroomt naar buiten door de ruimte en terug and in de richting van een zuiden magnetische pool. In het geval van een bar magneet (een rechthoekige magneet), dit betekent een reeks ruwweg C-vormige lijnen die van het magnetische noorden naar het magnetische zuiden "vloeien".
- In tegenstelling tot elektrische ladingen, bestaat er niet zoiets als een 'magnetische monopool'. Met andere woorden, er kan geen puntbron van een magnetisch veld zoals een elektrisch veld kan worden gecreëerd en gedefinieerd door een enkele puntlading.
Magnetische velden worden gecreëerd door elektrische ladingen te verplaatsen. Dit kan expliciet zijn en een functie van doelgerichte engineering, zoals wanneer een spoel van stroomvoerende draad vele malen rond een stuk metaal wordt gewikkeld, waardoor een elektromagneet ontstaat. Deze worden wereldwijd gebruikt bij de opwekking van elektrische energie en in andere kritische industriële toepassingen. Het belangrijkste kenmerk van een elektromagneet is dat het ophoudt een magneet van enige betekenis te zijn zodra de stroombron is verwijderd.
Als alternatief kan de bron van bewegende ladingen die ten grondslag liggen aan magnetische velden "verbergen", worden geproduceerd op het niveau van individuele atomen in bepaalde elementen (bijvoorbeeld ijzer, koper en nikkel). Mede dankzij de "spin"-eigenschappen van de elektronen van deze elementen, magnetische momenten worden gemaakt in de atomen in kwestie, en in deze ferromagnetisch elementen, zijn lokale magnetische momenten additief in plaats van te annuleren in paren (om te vereenvoudigen, de norm in de meeste elementen). Het resultaat is een stuk metaal dat je kent als een magneet.
Magnetisch veld van de aarde
De aarde is verdeeld in een noordelijk halfrond en een zuidelijk halfrond, of "bovenste" en "onderste" helften. De punten op de aardbol die het verst verwijderd zijn van een lijn die rond het breedste deel van de aarde is getrokken in de richting van zijn rotatie, de evenaar genoemd, worden polen genoemd. De rotatie-as van de aarde gaat door en definieert de Noordpool en de Zuidpool. De eerste ligt op ijs, terwijl de laatste zich op een grote continentale landmassa (Antarctica) bevindt.
Je hebt al geleerd dat magnetische veldlijnen worden getrokken van het magnetische noorden naar het magnetische zuiden. Maar als je een diagram ziet van het magnetisch veld van de aarde, zie je lijnen, de meeste ver boven het oppervlak, afkomstig bij de zuiden Pool en einde bij de noorden Pool. Dit komt omdat de Noordpool, door louter toeval, een zuidpool vormt magnetisch pool, en dienovereenkomstig voor de Zuidpool. Hiermee werd geen verwarring bedoeld; de geografie kwam toevallig niet overeen met de natuurkunde vanwege de toevallige plaatsing van een grote afzetting van ijzererts in Canada (hierover binnenkort meer).
Dus de reden waarom een kompasnaald in de richting wijst die mensen "magnetisch noorden" hebben genoemd, is dat de naald gedwongen wordt zichzelf te oriënteren in dezelfde richting als het aardmagnetisch veld, als gevolg van een verschuiving van de elektronen in de atomen van het naaldmateriaal als reactie op de veld. Denk aan de pijl aan de punt van een kompasnaald als analoog aan de pijl aan de punt van de magnetische veldlijnen: ze wijzen in dezelfde richting.
Magnetisch noorden versus het ware noorden
De naald op je magnetische kompas wijst niet op de echte Noordpool, maar op een punt dat is momenteel ongeveer 500 kilometer (ongeveer 310 mijl) van de Noordpool, op Ellesmere Island in het noorden van Canada. Dit is te danken aan de aanwezigheid van een grote afzetting van ijzererts, die dient als een soort "magnetische gootsteen", en "zuigt" het ene uiteinde van de naald naar de afzetting van erts.
Merk op dat het even eerlijk zou zijn om te zeggen dat het andere uiteinde van de naald naar het zuiden "wijst", terwijl het andere uiteinde als gevolg daarvan eenvoudig wordt rondgedraaid; het is echt een kwestie van zeelieden die eeuwen geleden oorspronkelijk het noorden hebben gekozen als een fundamenteel navigatiestartpunt, vanwege hun ligging op het noordelijk halfrond.
Omdat navigatie over grote afstanden al zo lang zo cruciaal is, zijn correctiefactoren voor echt versus magnetisch noorden zijn beschikbaar voor verschillende punten op aarde sinds lang voordat automatisering dit een meer alledaags maakte taak.
Geschiedenis van het magnetische kompas
Men denkt dat de Chinezen de eigenschappen van de magneet al 2000 jaar geleden begrepen. Dit zeldzame mineraal wordt tegenwoordig een natuurlijke magneet genoemd. Wanneer het toevallig in een lange, langwerpige vorm komt, zoals een te grote naald, zal het zich oriënteren in het magnetische veld van de aarde wanneer het van bovenaf wordt opgehangen. De Chinezen merkten dit op, maar wisten niet waarom het gebeurde.
Tegen de 11e of 12e eeuw na Christus gebruikten de Chinezen magnetische kompassen voor navigatie. Ze werden in korte tijd (op historische schaal) gevolgd door ontdekkingsreizigers uit Europa en elders. Aanvankelijk begrepen deze pioniers twee belangrijke dingen niet: Het referentiepunt dat ze "noorden" noemden, bedankt naar hun kompassen was in feite niet vastgelegd tijdens lange reizen, en het verschilde in verschillende mate in verschillende plaatsen.
Dit besef leidde tot de ontwikkeling van een de facto database van correctiefactoren voor de hele wereld. Tot het tijdperk van satellieten vertrouwden zelfs de meest elite militaire eenheden op wat nu bizar archaïsche landnavigatie lijkt met behulp van de meest geavanceerde magnetische kompassen waar dan ook.
Hoe maak je een magnetisch kompas?
Alles wat je nodig hebt om je eigen magnetische kompas te maken, is een kom met water, een stuk van kurk, een gewone naald, een koelkast magneet en een bestaande kompas.
Wrijf eerst met de naainaald 50 keer snel langs een gewone koelkastmagneet. Belangrijk: Doe dit slechts in één richting; met andere woorden, niet heen en weer.
Plaats vervolgens de kurk in de kom met water en plaats de naald voorzichtig op de kurk. Leg het kompas naast dit samenstel, zodat je kunt zien waar het noorden is. Binnenkort, als je erin geslaagd bent om de naald te magnetiseren, zal de naald zich in dezelfde richting oriënteren als de kompasnaald.