Что такое магнитометр?

Магнитометры(иногда пишется как «магнитометр») измеряет силу и направление магнитное поле, обычно выражается в теслах. Когда металлические предметы вступают в контакт или приближаются к магнитному полю Земли, они проявляют магнитные свойства.

Для материалов с таким составом металлов и металлических сплавов, которые позволяют электронам и зарядам свободно течь, возникают магнитные поля. Компас - хороший пример металлического объекта, вступающего во взаимодействие с магнитным полем Земли, так что стрелка указывает на магнитный север.

Магнитометры также измеряют плотность магнитного потока, количество магнитного потока в определенной области. Вы можете думать о потоке как о сети, которая позволяет воде течь через нее, если вы наклонитесь в направлении течения реки. Поток измеряет, какая часть электрического поля проходит через него таким образом.

Вы можете определить магнитное поле по этому значению, если вы измеряете его на определенной плоской поверхности, такой как прямоугольный лист или цилиндрический корпус. Это позволяет вам выяснить, как магнитное поле, действующее на объект или движущуюся заряженную частицу, зависит от угла между площадью и полем.

Датчик магнитометра определяет плотность магнитного потока, которая может быть преобразована в магнитное поле. Исследователи используют магнитометры для обнаружения отложений железа на Земле путем измерения магнитного поля, создаваемого различными структурами горных пород. Ученые также могут использовать магнитометры для определения местоположения затонувших кораблей и других объектов под водой или под землей.

Магнитометр может быть векторным или скалярным. Векторные магнитометры определять плотность потока в определенном направлении в пространстве в зависимости от того, как вы его ориентируете. Скалярные магнитометрыс другой стороны, обнаруживайте только величину или силу вектора магнитного потока, а не положение угла, под которым он измеряется.

Смартфоны и другие сотовые телефоны используют встроенные магнитометры для измерения магнитных полей и определения северного направления через ток от самого телефона. Обычно смартфоны проектируются с целью сделать их многомерными для приложений и функций, которые они могут поддерживать. Смартфоны также используют данные акселерометра телефона и устройства GPS для определения местоположения и направления по компасу.

Эти акселерометры представляют собой встроенные устройства, которые могут определять положение и ориентацию смартфона, например, направление, в котором вы его указываете. Они используются в фитнес-приложениях и службах GPS, измеряя, насколько быстро ваш телефон разгоняется. Они работают с помощью датчиков микроскопических кристаллических структур, которые могут обнаруживать точные, мельчайшие изменения ускорения, вычисляя приложенную к ним силу.

Инженер-химик Билл Хэммак сказал, что инженеры создают эти акселерометры из кремния, чтобы они оставались безопасными и стабильными в смартфонах во время движения. У этих микросхем есть часть, которая колеблется или движется вперед и назад, обнаруживая сейсмические движения. Сотовый телефон может обнаруживать точное движение кремниевого листа в этом устройстве для определения ускорения.

Магнитометр может сильно отличаться по принципу работы. В качестве простого примера компаса стрелка компаса совмещается с северной частью магнитного поля Земли, так что в состоянии покоя она находится в состоянии равновесия. Это означает, что сумма сил, действующих на него, равна нулю, а вес собственной гравитации компаса компенсируется магнитной силой Земли, которая действует на него. Хотя пример прост, он иллюстрирует свойство магнетизма, позволяющее работать другим магнитометрам.

Электронные компасы могут определить направление магнитного севера с помощью таких явлений, как эффект Холла, магнитоиндукция, или же человекорезистентность.

Эффект Холла означает, что проводники, по которым протекают электрические токи, создают напряжение, перпендикулярное полю и направлению тока. Это означает, что магнитометры могут использовать полупроводниковый материал для пропускания тока и определения наличия магнитного поля поблизости. Он измеряет способ искажения или изменения угла тока из-за магнитного поля, а напряжение, при котором это происходит, является Напряжение Холла, которое должно быть пропорционально магнитному полю.

Магнитоиндукция методы, напротив, измеряют, насколько намагничен материал или становится под воздействием внешнего магнитного поля. Это предполагает создание кривые размагничивания, также известные как кривые B-H или кривые гистерезиса, которые измеряют магнитный поток и силу магнитной силы через материал при воздействии магнитного поля.

Эти кривые позволяют ученым и инженерам классифицировать материалы, из которых состоят такие устройства, как батареи и электромагниты, в зависимости от того, как эти материалы реагируют на внешнее магнитное поле. Они могут определить, какой магнитный поток и силу испытывают эти материалы при воздействии внешних полей, и классифицировать их по магнитной силе.

Ну наконец то, магнитосопротивление Методы в магнитометрах основаны на обнаружении способности объекта изменять электрическое сопротивление при воздействии внешнего магнитного поля. Подобно методам магнитоиндукции, магнитометры используют анизотропное магнитосопротивление (AMR) ферромагнетиков, материалов, которые после намагничивания проявляют магнитные свойства даже после снятия намагниченности.

AMR включает в себя определение направления электрического тока и намагниченности при наличии намагниченности. Это происходит, когда спины электронных орбиталей, составляющих материал, перераспределяются в присутствии внешнего поля.

Спин электрона - это не то, как электрон на самом деле вращается, как если бы он был волчком или шаром, а, скорее, внутреннее квантовое свойство и форма углового момента. Электрическое сопротивление имеет максимальное значение, когда ток параллелен внешнему магнитному полю, поэтому поле можно рассчитать соответствующим образом.

В манжеторезистивные датчики в магнитометрах полагаются на фундаментальные законы физики при определении магнитного поля. Эти датчики проявляют эффект Холла в присутствии магнитных полей, так что электроны внутри них текут по форме дуги. Чем больше радиус этого кругового вращательного движения, тем больший путь проходят заряженные частицы и тем сильнее магнитное поле.

С увеличением движения дуги, путь также имеет большее сопротивление, поэтому устройство может рассчитать, какое магнитное поле будет оказывать эту силу на заряженную частицу.

Эти расчеты включают в себя подвижность носителей или электронов, то есть, насколько быстро электрон может перемещаться через металл или полупроводник в присутствии внешнего магнитного поля. При наличии эффекта Холла его иногда называют Подвижность зала.

Математически магнитная сила F равен заряду частицы q время перекрестное произведение скорости частицы v и магнитное поле B. Он принимает форму Уравнение Лоренца для магнетизма F = q (v x B) в котором Икс это перекрестное произведение.

•••Сайед Хуссейн Атер

Если вы хотите определить перекрестное произведение между двумя векторами а а также б, можно понять, что получившийся вектор c имеет величину параллелограмма, который охватывают два вектора. Полученный вектор векторного произведения находится в направлении, перпендикулярном к а а также б задается правилом правой руки.

Правило правой руки говорит вам, что если вы поместите свой указательный палец правой руки в направлении вектора b, а средний палец правой руки - в направлении вектора a, результирующий вектор c идет в направлении большого пальца правой руки. На диаграмме выше показана взаимосвязь между этими тремя направлениями вектора.

•••Сайед Хуссейн Атер

Уравнение Лоренца говорит вам, что чем больше электрическое поле, тем больше электрической силы действует на движущуюся заряженную частицу в поле. Вы также можете связать три вектора магнитной силы, магнитного поля и скорости заряженной частицы с помощью правила правой руки специально для этих векторов.

На приведенной выше диаграмме эти три величины соответствуют естественному пути, в котором ваша правая рука указывает в этих направлениях. Каждый указательный и средний палец и большой палец соответствуют одному из отношений.

Магнитометры также могут обнаруживать магнитострикция, комбинация двух эффектов. Первый - это Эффект Джоуля, как магнитное поле вызывает сжатие или расширение физического материала. Второй - это Эффект Виллари, как материал, подверженный внешнему напряжению, изменяется в зависимости от того, как он реагирует на магнитные поля.

Использование магнитострикционного материала, демонстрирующего эти явления легко измеряемыми и легко измеряемыми способами. зависят друг от друга, магнитометры могут делать еще более точные и точные измерения магнитных поле. Поскольку магнитострикционный эффект очень мал, приборам необходимо измерять его косвенно.

Датчики Fluxgate делают магнитометр еще более точным при обнаружении магнитных полей. Эти устройства состоят из двух металлических катушек с ферромагнитными сердечниками, материалов, которые после намагничивания проявляют магнитные свойства даже после того, как намагничивание было снято.

Когда вы определяете магнитный поток или магнитное поле, создаваемое сердечником, вы можете выяснить, какой ток или изменение тока могли его вызвать. Две жилы располагаются рядом друг с другом, так что способ намотки проводов на одну жилу отражает другую.

Когда вы посылаете переменный ток, который через равные промежутки времени меняет свое направление, вы создаете магнитное поле в обоих сердечниках. Индуцированные магнитные поля должны противостоять друг другу и нейтрализовать друг друга, если нет внешнего магнитного поля. Если есть внешнее, магнитопровод будет насыщаться в ответ на это внешнее поле. Определив изменение магнитного поля или потока, вы можете определить наличие этих внешних магнитных полей.

Область применения любого магнитометра в дисциплинах, в которых важно магнитное поле. На производственных предприятиях и в автоматизированных устройствах, которые создают и работают на металлическом оборудовании, магнитометр может гарантировать, что машины поддерживают соответствующее направление, когда они выполняют такие действия, как просверливание металла или резка материалов в форма.

Лаборатории, которые создают и проводят исследования образцов материалов, должны понимать, как различные физические силы, такие как эффект Холла, вступают в действие при воздействии магнитных полей. Они могут классифицировать магнитные моменты как диамагнетик, парамагнетик, ферромагнетик или антиферромагнетик.

Диамагнитные материалы у них нет или мало неспаренных электронов, поэтому они не проявляют особого магнитного поведения, парамагнитный у одних есть неспаренные электроны, чтобы поля текли свободно, ферромагнитный материал показывает магнитные свойства в присутствии внешнего поля со спинами электронов, параллельными магнитному домены и антиферромагнитный материалы имеют спины электронов, антипараллельные им.

Археологи, геологи и исследователи в аналогичных областях могут определять свойства материалов в физике и химии, вычисляя как магнитное поле можно использовать для определения других магнитных свойств или как определять местонахождение объектов глубоко под землей. поверхность. Они могут позволить исследователям определить местонахождение угольных месторождений и нанести на карту внутреннюю часть Земли. Военные специалисты считают эти устройства полезными для обнаружения подводных лодок, а астрономы считают их полезными для изучения того, как на объекты в космосе влияет магнитное поле Земли.