Niemal każdy używał jakiegoś urządzenia, które pozwala na wyznaczenie tradycyjnych kierunków – północ, południe, wschód, zachód i ich kombinacje. Jednak czasy młodzieńców przechadzających się po lesie z ręcznymi modelami wyposażonymi w prawdziwą igłę kompasu w dużej mierze poszły na śmietnik historii nawigacji.
Obecnie praktycznie wszystkie smartfony są wyposażone w odbiorniki Globalnego Systemu Pozycjonowania (GPS), które pozwalają użytkownikom zorientować się, gdzie się znajdują na kierunkowej „siatce” Ziemi z odległości kilku metrów. Technologia ta opiera się na sieci satelitów na ciągłej orbicie wysoko nad ziemską atmosferą. Ale przed nowoczesną rakietą nawigatorzy polegali na przestarzałym, ale niezwykle sprytnym sposobie określania kierunku.
ZA kompas magnetyczny to narzędzie, które zasadniczo pozwala na wyznaczenie punktu odniesienia lub regionu na Ziemi odpowiadającego północy magnetycznej. Różni się to nieco od prawdziwej północy, ale z różnymi współczynnikami korekcyjnymi wymaganymi w różnych punktach wokół na świecie, który jest obecnie znany, dobry kompas magnetyczny pozostaje wystarczająco dobry, aby przewieźć doświadczonego użytkownika z miejsca na miejsce dość ładnie.
Podstawy magnesów i pola magnetycznego
Magnetyzm to termin opisujący matematycznie przewidywalny zestaw efektów na cząstki i układy w gałęzi fizyki znanej jako elektromagnesy. Podobnie jak w przypadku nieodłącznego partnera, elektryczności, magnetyzm nie jest czymś, co można „zobaczyć”, ale wiele z jego efekty w świecie rzeczywistym są dobrze znane i zostały włączone do niezliczonych krytycznych aspektów współczesności technologia.
„Pola” magnetyczne, które można uważać za linie oddziaływania na cząstki podlegające fizycznym skutkom magnetyzmu, są rysowane jako z za północ biegun magnetyczny i płynący na zewnątrz przez przestrzeń i z powrotem w kierunku za południe biegun magnetyczny. W przypadku magnes sztabkowy (prostokątny magnes), oznacza to serię mniej więcej w kształcie litery C linii „płynących” od magnetycznej północy do magnetycznego południa.
- W przeciwieństwie do przypadku ładunków elektrycznych, nie ma czegoś takiego jak „monomagnetyczny”. Innymi słowy, może być brak punktowego źródła pola magnetycznego w sposób, w jaki można wytworzyć pole elektryczne i zdefiniować je za pomocą pojedynczego ładunku punktowego.
Pola magnetyczne powstają w wyniku przemieszczania ładunków elektrycznych. Może to być wyraźne i być funkcją celowej inżynierii, na przykład, gdy cewka drutu przewodzącego prąd jest wielokrotnie owijana wokół kawałka metalu, tworząc elektromagnes. Są one wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej oraz w innych krytycznych zastosowaniach przemysłowych na całym świecie. Kluczową cechą elektromagnesu jest to, że przestaje być magnesem o jakichkolwiek konsekwencjach po usunięciu źródła prądu.
Alternatywnie, źródło poruszających się ładunków leżących pod polami magnetycznymi może się „ukryć”, wytwarzając się na poziomie pojedynczych atomów w niektórych pierwiastkach (np. żelazie, miedzi i niklu). Po części dzięki „spinowej” charakterystyce elektronów tych pierwiastków, momenty magnetyczne są tworzone w przedmiotowych atomach, a w tych ferromagnetyczny elementy, lokalne momenty magnetyczne są addytywne, a nie znoszące w parach (w uproszczeniu, norma w większości elementów). Rezultatem jest kawałek metalu, który znasz jako magnes.
Pole magnetyczne Ziemi
Ziemia jest podzielona na półkulę północną i półkulę południową, czyli połówki „górną” i „dolną”. Najdalsze punkty na kuli ziemskiej od linii poprowadzonej wokół najszerszej części Ziemi w kierunku jej obrotu, zwanej równikiem, nazywane są biegunami. Oś obrotu Ziemi przechodzi i definiuje biegun północny i biegun południowy. Pierwsza z nich znajduje się na lodzie, a druga na dużym lądzie kontynentalnym (Antarktyka).
Nauczyłeś się już, że linie pola magnetycznego biegną od północy magnetycznej do południa magnetycznego. Jednak kiedy widzisz diagram pola magnetycznego Ziemi, widzisz linie, większość z nich daleko ponad powierzchnią, pochodzący na południe Polak i kończący się na Północ Polak. Dzieje się tak dlatego, że Biegun Północny przez przypadek stanowi południe magnetyczny bieguna i odpowiednio dla bieguna południowego. Nie chodziło o zamieszanie; geografia po prostu nie zgadzała się z fizyką z powodu przypadkowego umieszczenia dużego złoża rudy żelaza w Kanadzie (więcej o tym wkrótce).
Zatem powodem, dla którego igła kompasu wskazuje kierunek, który ludzie nazwali „magnetyczną północą”, jest to, że igła jest zmuszona do orientowania się w tym samym kierunku co pole magnetyczne Ziemi, dzięki przesunięciu elektronów w atomach materiału igły w odpowiedzi na pole. Pomyśl o strzałce na końcu igły kompasu jako analogicznej do strzałki na końcu linii pola magnetycznego: wskazują one w tym samym kierunku.
Północ magnetyczna kontra prawdziwa północ .
Igła na kompasie magnetycznym wskazuje nie na prawdziwy biegun północny, ale na punkt, który jest obecnie około 500 kilometrów (około 310 mil) od bieguna północnego, na Wyspie Ellesmere na północy Kanada. Wynika to z obecności dużego złoża rudy żelaza, które służy jako rodzaj „magnetycznego pochłaniacza” i „zasysa” jeden koniec igły w kierunku złoża rudy.
Zauważ, że równie uczciwie byłoby powiedzieć, że drugi koniec igły „wskazuje” na południe, podczas gdy drugi koniec jest po prostu obrócony w konsekwencji; to naprawdę kwestia żeglarzy przed wiekami, którzy pierwotnie wybrali północ jako podstawowy punkt wyjścia nawigacyjnego, ze względu na ich położenie na półkuli północnej.
Ponieważ nawigacja na duże odległości była tak ważna od tak dawna, współczynniki korekcyjne dla prawdziwych kontra magnetycznych północ była dostępna dla różnych punktów na Ziemi na długo przed tym, jak komputeryzacja uczyniła to bardziej przyziemnym zadanie.
Historia kompasu magnetycznego
Uważa się, że Chińczycy zrozumieli właściwości kamienia już 2000 lat temu. Ten rzadki minerał jest dziś nazywany naturalnym magnesem. Kiedy zdarzy się, że przyjmie długi, podłużny kształt, jak przerośnięta igła, zorientuje się w polu magnetycznym Ziemi, gdy zostanie zawieszony od góry. Chińczycy zauważyli to, ale niepokoili się, dlaczego tak się stało.
W XI lub XII wieku Chińczycy używali do nawigacji kompasów magnetycznych. Śledzili je w krótkim czasie (w skali historycznej) odkrywcy z Europy i innych krajów. Początkowo pionierzy ci nie zrozumieli dwóch ważnych rzeczy: punktu odniesienia, który nazwali „północnym” dzięki do ich kompasów nie była w rzeczywistości ustalona podczas długich podróży, a różniła się o różne kwoty w różnych miejsca.
Ta realizacja doprowadziła do opracowania de facto bazy danych współczynników korekcyjnych dla całego świata. Aż do ery satelitów nawet najbardziej elitarne jednostki wojskowe polegały na tym, co teraz wydaje się dziwnie archaiczne, nawigowaniu lądowym przy użyciu najnowocześniejszych kompasów magnetycznych.
Jak zrobić kompas magnetyczny
Wszystko, czego potrzebujesz do zrobienia własnego kompasu magnetycznego, to miska woda, kawałek korek, zwykły igła, a magnes na lodówkę i istniejący kompas.
Najpierw szybko potrzyj igłę 50 razy po zwykłym magnesie na lodówkę. Ważne: Zrób to tylko w jednym kierunku; innymi słowy, nie tam i z powrotem.
Następnie umieść korek w misce z wodą i delikatnie umieść igłę na korku. Umieść kompas obok tego zestawu, aby zobaczyć, gdzie jest północ. Wkrótce, jeśli udało ci się namagnesować igłę, igła zorientuje się w tym samym kierunku, co igła kompasu.