Hoe werkt een magnetometer?

Als u de sterkte of richting van een magnetisch veld wilt bepalen, is een magnetometer uw favoriete hulpmiddel. Ze variëren van eenvoudig - je kunt er gemakkelijk een in je keuken maken - tot het complexe, en de meer geavanceerde apparaten zijn gewone passagiers op verkenningsmissies in de ruimte. De eerste magnetometer is gemaakt door Carl Friedrich Gauss, die vaak "de prins van de wiskunde" wordt genoemd en die in 1833 een paper publiceerde hij beschreef een nieuw apparaat dat hij een 'magnometer' noemde. Zijn ontwerp lijkt erg op de eenvoudige magnetometer die hieronder wordt beschreven, die u kunt maken in uw keuken.

Omdat ze erg gevoelig zijn, kunnen magnetometers worden gebruikt om archeologische vindplaatsen, ijzerafzettingen, scheepswrakken en andere dingen met een magnetische handtekening te vinden. Een netwerk van magnetometers rond de aarde houdt voortdurend de minieme effecten van de zonnewind op het aardmagnetisch veld in de gaten en publiceert de gegevens op de K-index (zie bronnen). Er zijn twee basistypen magnetometers. Scalaire magnetometers meten de sterkte van een magnetisch veld, terwijl vectormagnetometers de kompasrichting meten.

Er is een eenvoudige vectormagnetometer die u zelf kunt maken. Een staafmagneet, hangend aan een draad, wijst altijd naar het noorden; door het ene uiteinde ervan te markeren, kun je kleine variaties zien als het magnetische veld verandert. Door een spiegel en licht toe te voegen, kunt u redelijk nauwkeurige metingen doen en de effecten van magnetische stormen detecteren (voor volledige instructies, zie de Suntrek-link in bronnen).

Meer gecompliceerde magnetometers, zoals die op ruimtevaartuigen worden gebruikt, gebruiken verschillende methoden om magnetische veldsterkte en detectie te detecteren. De meest voorkomende magnetometers worden Solid-State Hall Effect-sensoren genoemd. Deze sensoren gebruiken eigenschappen van elektrische stroom die worden beïnvloed door de aanwezigheid van een magnetisch veld dat niet parallel loopt aan de richting van de stroom. Wanneer er een magnetisch veld aanwezig is, verzamelen de elektronen (of hun tegengestelde, elektronengaten, of beide) in de stroom zich aan één kant van het geleidende materiaal. Wanneer het afwezig is, lopen de elektronen of gaten in een in principe rechte lijn. De manier waarop een magnetisch veld de beweging van de elektronen of gaten beïnvloedt, kan worden gemeten en gebruikt om de richting van een magnetisch veld te bepalen. Hall-effectsensoren produceren ook een spanning die evenredig is met de sterkte van het magnetische veld, waardoor ze zowel vector- als scalaire magnetometers zijn.

In ons dagelijks leven komen we vaak magnetometers tegen, hoewel je het misschien niet kent, in de vorm van metaaldetectoren. Draagbare metaaldetectoren die worden gebruikt door schatzoekers en hobbyisten gebruiken het Hall-effect om metalen voorwerpen te lokaliseren. Met behulp van een fenomeen dat bekend staat als faseverschuiving, kunnen detectoren onderscheid maken tussen metalen door de weerstand of inductantie (geleiding) van het object te meten.