Hvordan fungerer et magnetometer?

Når du vil finne ut styrken eller retningen til et magnetfelt, er et magnetometer ditt valgte verktøy. De spenner fra det enkle - du kan lage en på kjøkkenet ditt enkelt - til komplekset, og de mer avanserte enhetene er vanlige passasjerer på romfartsoppdrag. Det første magnetometeret ble opprettet av Carl Friedrich Gauss, som ofte kalles "prinsen for matematikk", og som utga et papir i 1833 beskriver en ny enhet han kalte et "magnometer." Hans design ligner veldig på det enkle magnetometeret beskrevet nedenfor, som du kan lage i din kjøkken.

Fordi de er veldig følsomme, kan magnetometre brukes til å finne arkeologiske steder, jernforekomster, skipsvrak og andre ting som har en magnetisk signatur. Et nettverk av magnetometre rundt jorden overvåker kontinuerlig små effekter av solvinden på jordens magnetfelt og publiserer dataene på K-indeksen (se Ressurser). Det er to grunnleggende typer magnetometre. Skalarmagnetometre måler styrken til et magnetfelt, mens vektormagnetometre måler kompassretningen.

Det er et enkelt vektormagnetometer som du kan lage selv. En stangmagnet, hengende fra en tråd, vil alltid peke nordover; ved å markere den ene enden av den, kan du se små variasjoner når magnetfeltet endres. Ved å legge til et speil og lys kan du ta ganske nøyaktige målinger og oppdage effekten av magnetiske stormer (for fullstendige instruksjoner, se Suntrek-lenken i Ressurser).

Mer kompliserte magnetometre, som de som brukes på romfartøyer, bruker en rekke metoder for å oppdage magnetfeltstyrke og deteksjon. De vanligste magnetometrene kalles Solid-State Hall Effect sensorer. Disse sensorene bruker egenskaper av elektrisk strøm som påvirkes av tilstedeværelsen av et magnetfelt som ikke går parallelt med strømretningen. Når det er et magnetfelt til stede, samles elektronene (eller deres motsatte, elektronhull eller begge deler) i strømmen på den ene siden av det ledende materialet. Når det er fraværende, løper elektronene eller hullene i en i utgangspunktet rett linje. Måten et magnetfelt påvirker bevegelsen til elektronene eller hullene kan måles og brukes til å bestemme retningen til et magnetfelt. Hall Effect-sensorer produserer også en spenning som er proporsjonal med styrken til magnetfeltet, noe som gjør dem til både vektor- og skalarmagnetometre.

Vi møter ofte magnetometre i vårt daglige liv, selv om du kanskje ikke vet det, i form av metalldetektorer. Håndholdte metalldetektorer som brukes av skattejegere og hobbyfolk, bruker Hall Effect til å finne metallgjenstander. Ved å bruke et fenomen kjent som faseforskyvning, kan detektorer skille mellom metaller ved å måle motstanden eller induktansen (ledningsevne) til objektet.