Ako funguje magnetometer?

Ak chcete zistiť silu alebo smer magnetického poľa, je vaším výberom magnetometer. Siahajú od jednoduchých - ľahko si ich môžete pripraviť vo svojej kuchyni - až po zložité a pokročilejšie zariadenia sú pravidelnými cestujúcimi na misiách prieskumu vesmíru. Prvý magnetometer vytvoril Carl Friedrich Gauss, ktorý sa často nazýva „princ matematiky“ a ktorý v roku 1833 publikoval prácu popisujúc nové zariadenie nazval „magnometer“. Jeho dizajn je veľmi podobný jednoduchému magnetometru popísanému nižšie, ktorý môžete vytvoriť vo svojom kuchyňa.

Pretože sú veľmi citlivé, pomocou magnetometrov sa dajú nájsť archeologické náleziská, náleziská železa, vraky lodí a ďalšie veci, ktoré majú magnetický podpis. Sieť magnetometrov okolo Zeme neustále sleduje nepatrné účinky slnečného vetra na magnetické pole Zeme a zverejňuje údaje o K-indexe (pozri Zdroje). Existujú dva základné typy magnetometrov. Skalárne magnetometre merajú silu magnetického poľa, zatiaľ čo vektorové magnetometre merajú smer kompasu.

Môžete si vyrobiť jednoduchý vektorový magnetometer. Tyčový magnet visiaci na nite bude vždy smerovať na sever; vyznačením jedného jeho konca môžete spozorovať malé odchýlky, ako sa mení magnetické pole. Pridaním zrkadla a svetla môžete vykonávať pomerne presné merania a detekovať účinky magnetických búrok (úplné pokyny nájdete v dokumente Suntrek v časti Zdroje).

Zložitejšie magnetometre, aké sa používajú napríklad na kozmických lodiach, používajú na detekciu sily a detekcie magnetického poľa rôzne metódy. Najbežnejšie magnetometre sa nazývajú polovodičové snímače Hall Effect. Tieto snímače využívajú vlastnosti elektrického prúdu, ktoré sú ovplyvnené prítomnosťou magnetického poľa, ktoré nebeží rovnobežne so smerom prúdu. Ak je prítomné magnetické pole, elektróny (alebo ich protiklad, elektrónové diery alebo obidve) v prúde sa zhromažďujú na jednej strane vodivého materiálu. Ak nie je prítomný, elektróny alebo otvory prebiehajú v podstate priamočiaro. To, ako magnetické pole ovplyvňuje pohyb elektrónov alebo dier, je možné merať a použiť na určenie smeru magnetického poľa. Senzory Hall Effect tiež produkujú napätie, ktoré je úmerné sile magnetického poľa, čo z nich robí vektorové aj skalárne magnetometre.

S magnetometrami sa v každodennom živote často stretávame, aj keď by ste to možno nevedeli, v podobe detektorov kovov. Ručné detektory kovov používané hľadačmi pokladov a fandmi používajú Hallov efekt na lokalizáciu kovových predmetov. Pomocou javu známeho ako fázové posúvanie môžu detektory rozlišovať medzi kovmi meraním odporu alebo indukčnosti (vodivosti) objektu.