Kaj je magnetnik?

Magnetometri(včasih zapisano kot "magnetni meter") izmeri moč in smer magnetno polje, običajno v enotah tesla. Ko kovinski predmeti pridejo v stik z magnetnim poljem Zemlje ali se mu približajo, imajo magnetne lastnosti.

Za materiale s takšno sestavo kovin in kovinskih zlitin, ki pustijo, da elektroni in naboj prosto tečejo, se oddajajo magnetna polja. Kompas je dober primer kovinskega predmeta, ki pride v interakcijo z magnetnim poljem Zemlje tako, da igla kaže na magnetni sever.

Magnetometri tudi merijo gostota magnetnega pretoka, količina magnetnega pretoka na določenem območju. Pretok si lahko predstavljate kot mrežo, ki prepušča vodo skozi to, če se nagnete v smeri rečnega toka. Pretok meri, koliko električnega polja teče skozi to pot na ta način.

Magnetno polje iz te vrednosti lahko določite, če ga merite na določeni ravninski površini, kot je pravokotna pločevina ali valjast kovček. Tako lahko ugotovite, kako je magnetno polje, ki deluje na predmet ali premikajoč se nabit delček, odvisno od kota med območjem in poljem.

Senzor magnetometra zazna gostoto magnetnega pretoka, ki jo je mogoče pretvoriti v magnetno polje. Raziskovalci z magnetometri zaznavajo usedline železa v Zemlji z merjenjem magnetnega polja, ki ga oddajajo različne strukture kamnin. Znanstveniki lahko z magnetometri določijo tudi lokacije razbitin ladij in drugih predmetov pod morjem ali pod zemljo.

Magnetometer je lahko vektorski ali skalarni. Vektorski magnetometri zaznajte gostoto pretoka v določeni smeri v prostoru, odvisno od tega, kako ga usmerite. Skalarni magnetometri, po drugi strani pa zazna samo velikost ali jakost vektorja pretoka, ne pa tudi položaja kota, pod katerim je izmerjen.

Pametni telefoni in drugi mobilni telefoni z vgrajenimi magnetometri merijo magnetna polja in določajo, katera pot je severna skozi tok iz samega telefona. Običajno so pametni telefoni zasnovani z namenom, da so večdimenzionalni za aplikacije in funkcije, ki jih lahko podpirajo. Pametni telefoni uporabljajo tudi izhod iz merilnika pospeška telefona in enote GPS za določanje lokacije in smeri kompasa.

Ti merilniki pospeška so vgrajene naprave, ki lahko določijo položaj in usmeritev pametnih telefonov, na primer smer, v katero ga usmerjate. Ti se uporabljajo v aplikacijah, ki temeljijo na fitnesu, in GPS-storitvah, tako da merijo, kako hitro telefon pospešuje. Delujejo z uporabo senzorjev mikroskopskih kristalnih struktur, ki lahko zaznajo natančne, minutne spremembe pospeška z izračunom sile, ki deluje nanje.

Kemijski inženir Bill Hammack je dejal, da inženirji te merilnike pospeška ustvarijo iz silicija, tako da med premikanjem ostanejo varni in stabilni v pametnih telefonih. Ti čipi imajo del, ki niha ali se premika naprej in nazaj, ki zaznava potresna gibanja. Mobilni telefon lahko zazna natančno gibanje silicijeve pločevine v tej napravi, da določi pospešek.

Magnetometer se lahko zelo razlikuje glede na to, kako deluje. Za preprost primer kompasa se igla kompasa poravna s severom Zemljinega magnetnega polja tako, da je v mirovanju v ravnovesju. To pomeni, da je vsota sil, ki delujejo nanj, enaka nič in teža lastne gravitacije kompasa izgine z magnetno silo Zemlje, ki deluje nanj. Čeprav je primer preprost, ponazarja lastnost magnetizma, ki drugim magnetometrom omogoča delovanje.

Elektronski kompasi lahko določijo, v katero smer je magnetni sever, s pomočjo pojavov, kot je Hallov učinek, magnetoindukcija, ali mangetoresistance.

Hallov učinek pomeni, da vodniki, skozi katere tečejo električni tokovi, ustvarjajo napetost pravokotno na polje in smer toka. To pomeni, da lahko magnetometri s polprevodniškim materialom prenašajo tok skozi in ugotavljajo, ali je v bližini magnetno polje. Meri način izkrivljanja ali naklona toka zaradi magnetnega polja in napetost, pri kateri se to pojavi, je Napetost Hall, ki naj bo sorazmerna z magnetnim poljem.

Magnetoindukcija metode pa nasprotno merijo, kako magnetiziran material je ali postane, ko je izpostavljen zunanjemu magnetnemu polju. To vključuje ustvarjanje krivulje razmagnetenja, znane tudi kot krivulje B-H ali histerezne krivulje, ki merijo magnetni tok in moč magnetne sile skozi material, kadar je izpostavljen magnetnemu polju.

Te krivulje omogočajo znanstvenikom in inženirjem razvrščanje materialov, ki tvorijo naprave, kot so baterije in elektromagneti, glede na to, kako se ti materiali odzivajo na zunanje magnetno polje. Ugotovijo lahko, kakšen magnetni tok in silo doživljajo ti materiali, ko so izpostavljeni zunanjim poljem, in jih razvrstijo po magnetni jakosti.

Končno, magnetorezistenca metode v magnetometrih temeljijo na zaznavanju sposobnosti predmeta, da spremeni električni upor, kadar je izpostavljen zunanjemu magnetnemu polju. Podobno kot magnetnoindukcijske tehnike tudi magnetometri izkoriščajo anizotropna magnetna odpornost (AMR) feromagnetov, materiali, ki po magnetizaciji pokažejo magnetne lastnosti tudi po odstranitvi magnetizacije.

AMR vključuje zaznavanje smeri električnega toka in magnetizacije ob prisotnosti magnetizacije. To se zgodi, ko se vrti elektronskih orbitalov, ki tvorijo material, prerazporedijo v prisotnosti zunanjega polja.

Elektronski spin ni tako, kot se elektron v resnici vrti, kot da bi se vrtel ali krogla, ampak je prej lastna kvantna lastnost in oblika kotnega momenta. Električni upor ima največjo vrednost, kadar je tok vzporeden z zunanjim magnetnim poljem, tako da lahko polje ustrezno izračunamo.

The mangetorezitivni senzorji v magnetometrih se pri določanju magnetnega polja opirajo na temeljne zakone fizike. Ti senzorji kažejo Hallov učinek v prisotnosti magnetnih polj, tako da elektroni v njih tečejo v obliki loka. Večji kot je polmer tega krožnega, vrtljivega gibanja, večja je pot napolnjenih delcev in močnejše je magnetno polje.

Z naraščajočimi obločnimi gibi ima pot tudi večji upor, zato lahko naprava izračuna, kakšno magnetno polje bi izvajalo to silo na naelektreni delec.

Ti izračuni vključujejo mobilnost nosilca ali elektrona, kako hitro se lahko elektron premika skozi kovino ali polprevodnik ob prisotnosti zunanjega magnetnega polja. V prisotnosti Hallovega učinka se včasih imenuje tudi Mobilnost dvorane.

Matematično magnetna sila F je enako naboju delca q čas navzkrižni zmnožek hitrosti delca v in magnetno polje B. Ima obliko Lorentzova enačba za magnetizem F = q (v x B) v kateri x je navzkrižni izdelek.

•••Syed Hussain Ather

Če želite določiti navzkrižni zmnožek med dvema vektorjema a in b, lahko ugotovite, da nastali vektor c ima velikost paralelograma, ki ga obsegata dva vektorja. Nastali vektor produkta je v smeri, pravokotni na a in b podano s pravilom desne roke.

Pravilo desne strani vam pove, da če desni kazalec postavite v smeri vektorja b in desni srednji prst v smeri vektorja a, nastali vektor c gre v smeri desnega palca. V zgornjem diagramu je prikazano razmerje med smermi teh treh vektorjev.

•••Syed Hussain Ather

Lorentzova enačba vam pove, da z večjim električnim poljem v polju deluje več električne sile na gibljivi nabiti delci. Tudi tri vektorje lahko povežete z magnetno silo, magnetnim poljem in hitrostjo nabitega delca s pomočjo desnega pravila, posebej za te vektorje.

V zgornjem diagramu te tri količine ustrezajo naravnemu načinu, na katerega kaže vaša desna roka v teh smereh. Vsak kazalec ter srednji prst in palec ustreza enemu razmerju.

Magnetometri lahko tudi zaznajo magnetostrikcija, kombinacija dveh učinkov. Prvi je Joulov učinek, način magnetnega polja povzroči krčenje ali razširitev fizičnega materiala. Drugi je Villarijev učinek, kako se material, izpostavljen zunanjim napetostim, spremeni v odzivu na magnetna polja.

Uporaba magnetostrikcijskega materiala, ki te pojave prikazuje na enostavne načine za merjenje in odvisni drug od drugega, lahko magnetometri opravljajo še natančnejše in natančnejše meritve magnetnih polje. Ker je magnetostriktivni učinek zelo majhen, ga morajo naprave meriti posredno.

Senzorji pretoka dajejo magnetometru še večjo natančnost pri zaznavanju magnetnih polj. Te naprave so sestavljene iz dveh kovinskih tuljav s feromagnetnimi jedri, materialov, ki po magnetizaciji pokažejo magnetne lastnosti tudi po odstranitvi magnetizacije.

Ko določite magnetni tok ali magnetno polje, ki izhaja iz jedra, lahko ugotovite, kakšen tok ali spremenjen tok ga je lahko povzročil. Dve jedri sta nameščeni drug ob drugem tako, da način navijanja žic okoli enega jedra zrcali drugega.

Ko pošljete izmenični tok, ki v rednih intervalih obrne smer, ustvarite magnetno polje v obeh jedrih. Inducirana magnetna polja bi si morala nasprotovati in se medsebojno preklicati, če zunanjega magnetnega polja ni. Če obstaja zunanje, se bo magnetno jedro nasičilo kot odziv na to zunanje polje. Z določitvijo spremembe magnetnega polja ali pretoka lahko ugotovite prisotnost teh zunanjih magnetnih polj.

Uporaba katerega koli magnetometra se razteza med disciplinami, v katerih je magnetno polje pomembno. V proizvodnih obratih in avtomatiziranih napravah, ki ustvarjajo in delajo na kovinski opremi, lahko magnetometer to zagotovi stroji ohranjajo ustrezno smer, ko izvajajo dejanja, kot so vrtanje skozi kovine ali rezanje materialov obliko.

Laboratoriji, ki ustvarjajo in izvajajo raziskave vzorčnih materialov, morajo razumeti, kako različne fizične sile, kot je Hallov učinek, nastopijo ob izpostavljenosti magnetnim poljem. Lahko razvrstijo magnetni momenti kot diamagnetni, paramagnetni, feromagnetni ali antiferromagnetni.

Diamagnetni materiali nimajo ali imajo nekaj parnih elektronov, zato ne izkazujejo veliko magnetnega vedenja, paramagnetno tisti imajo neparne elektrone, ki omogočajo, da polja prosto tečejo, feromagnetni material pa kaže magnet lastnosti v prisotnosti zunanjega polja z vrtenjem elektronov vzporedno z magnetnim domene in antiferromagnetno materiali imajo vrtenje elektronov proti njim vzporedno.

Arheologi, geologi in raziskovalci na podobnih področjih lahko s figuracijo zaznajo lastnosti materialov v fiziki in kemiji kako lahko z magnetnim poljem določimo druge magnetne lastnosti ali kako najdemo predmete globoko pod Zemljinim površino. Raziskovalcem lahko dovolijo, da določijo lokacijo nahajališč premoga in preslikajo notranjost Zemlje. Vojaški strokovnjaki menijo, da so te naprave koristne za iskanje podmornic, astronomi pa koristne za raziskovanje, kako na predmete v vesolju vpliva zemeljsko magnetno polje.