Шта је магнетометар?

Магнетометри(понекад записано као "магнето метар") мери снагу и смер магнетно поље, обично се даје у јединицама тесла. Како метални предмети долазе у контакт са Земљиним магнетним пољем или му се приближавају, они показују магнетна својства.

За материјале таквог састава метала и металних легура који пуштају електроне и наелектрисање да слободно теку, магнетна поља се одају. Компас је добар пример металног предмета који долази у интеракцију са магнетним пољем Земље тако да игла показује на магнетни север.

Магнетометри такође мере густина магнетног флукса, количина магнетног флукса на одређеном подручју. Флукс можете сматрати мрежом која пропушта воду кроз њега ако кутнете у смеру струје реке. Флукс мери колики део електричног поља пролази кроз њега на овај начин.

Можете одредити магнетно поље из ове вредности ако га мерите на одређеној равни, попут правоугаоне плоче или цилиндричног кућишта. Ово вам омогућава да откријете како магнетно поље које делује на предмет или покретну наелектрисану честицу зависи од угла између подручја и поља.

Сензор магнетометра открива густину магнетног флукса која се може претворити у магнетно поље. Истраживачи користе магнетометре за откривање наслага гвожђа у Земљи мерењем магнетног поља које одају различите структуре стена. Научници такође могу да користе магнетометре за одређивање места олупина бродова и других објеката под морем или под земљом.

Магнетометар може бити векторски или скаларни. Векторски магнетометри открити густину флукса у одређеном правцу у простору у зависности од тога како га оријентишете. Скаларни магнетометри, с друге стране, детектујте само величину или снагу вектора флукса, а не положај угла под којим се мери.

Паметни телефони и други мобилни телефони користе уграђене магнетометре за мерење магнетних поља и одређивање пута према северу кроз струју из самог телефона. Обично су паметни телефони дизајнирани са циљем да буду вишедимензионални за апликације и функције које могу подржати. Паметни телефони такође користе излаз из акцелерометра телефона и ГПС јединице за одређивање локације и смера компаса.

Ови акцелерометри су уграђени уређаји који могу да одреде положај и оријентацију паметних телефона као што је смер у који га усмерите. Користе се у апликацијама заснованим на фитнесу и ГПС услугама мерењем брзине убрзања телефона. Они раде помоћу сензора микроскопских кристалних структура који могу да открију прецизне, минутне промене убрзања израчунавањем силе која се на њих врши.

Хемијски инжењер Билл Хаммацк рекао је да инжењери праве ове акцелерометре од силицијума тако да остају сигурни и стабилни у паметним телефонима док се крећу. Ови чипови имају део који осцилира или се помера напред-назад који детектује сеизмичка кретања. Мобилни телефон може да открије прецизно кретање силицијумског лима у овом уређају како би одредио убрзање.

Магнетометар се може у великој мери разликовати у начину на који ради. За једноставни пример компаса, игла компаса поравнава се са севером Земљиног магнетног поља тако да је, када мирује, у равнотежи. То значи да је збир сила које делују на њега једнак нули и да се тежина сопствене гравитације компаса поништава магнетном силом са Земље која делује на њега. Иако је пример једноставан, он илуструје својство магнетизма које омогућава другим магнетометрима да раде.

Електронски компаси могу да одреде у ком смеру је магнетни север помоћу феномена као што је Холов ефекат, магнетоиндукција, или мангеторесистанце.

Халлов ефекат значи да проводници који кроз њих пролазе електричне струје стварају напон окомит на поље и смер струје. То значи да магнетометри могу користити полупроводнички материјал за пролазак струје и утврдити да ли је магнетно поље у близини. Он мери начин на који је струја изобличена или под углом због магнетног поља, а напон на којем се то јавља је Холов напон, која би требало да буде пропорционална магнетном пољу.

Магнетоиндукција методе, насупрот томе, мере колико је материјал магнетизован или постаје када је изложен спољном магнетном пољу. То укључује стварање криве демагнетизације, такође познате као Б-Х криве или криве хистерезе, које мере магнетни ток и снагу магнетне силе кроз материјал када су изложене магнетном пољу.

Ове криве омогућавају научницима и инжењерима да класификују материјале који чине уређаје попут батерија и електромагнета према томе како ти материјали реагују на спољно магнетно поље. Они могу да утврде какав магнетни флукс и силу доживљавају ови материјали када су изложени спољним пољима и да их класификују по магнетној снази.

Коначно, магнеторезистенција методе у магнетометрима се ослањају на откривање способности објекта да промени електрични отпор када је изложен спољном магнетном пољу. Слично магнетним техникама индукције, магнетометри користе анизотропни магнетни отпор (АМР) феромагнета, материјали који, пошто су подвргнути магнетизацији, показују магнетна својства чак и након уклањања магнетизације.

АМР укључује откривање између смера електричне струје и магнетизације у присуству магнетизације. То се дешава док се спинови електронских орбитала који чине материјал прерасподељују у присуству спољног поља.

Спин електрона није како се електрон заправо врти као да се врти или кугла, већ је, заправо, суштинско квантно својство и облик угаоног момента. Електрични отпор има максималну вредност када је струја паралелна са спољним магнетним пољем, тако да се поље може на одговарајући начин израчунати.

Тхе мангеторесистивни сензори у магнетометрима се при одређивању магнетног поља ослањају на основне законе физике. Ови сензори показују Халлов ефекат у присуству магнетних поља тако да електрони у њима теку у облику лука. Што је већи полупречник овог кружног, ротирајућег кретања, то је већа путања напуњених честица и јаче је магнетно поље.

Са све већим кретањем лука, стаза има и већи отпор, тако да уређај може израчунати какву врсту магнетног поља врши ова сила на наелектрисану честицу.

Ови прорачуни укључују покретност носача или електрона, колико брзо се електрон може кретати кроз метал или полупроводник у присуству спољног магнетног поља. У присуству Холовог ефекта, понекад се назива и Мобилност хола.

Математички, магнетна сила Ф једнак је наелектрисању честице к временски умножак брзине честице в и магнетно поље Б.. Има облик Лоренцова једначина за магнетизам Ф = к (в к Б) у којима Икс је унакрсни производ.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Ако желите да одредите унакрсни производ између два вектора а и б, можете схватити да резултујући вектор ц има величину паралелограма који обухватају два вектора. Добијени вектор унакрсних производа је у правцу окомитом на а и б дато правилом десне руке.

Правило десне руке вам каже да, ако десни кажипрст поставите у смеру вектора б, а десни средњи прст у смеру вектора а, добијени вектор ц иде у смеру десног палца. На горњем дијаграму приказан је однос између ова три векторска правца.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Лоренцова једначина вам говори да са већим електричним пољем постоји више електричне силе која делује на покретну наелектрисану честицу у пољу. Такође можете повезати магнетну силу, магнетно поље и брзину наелектрисане честице три вектора помоћу десног правила посебно за ове векторе.

На горњем дијаграму, ове три величине одговарају природном начину на који ваша десна рука показује у овим правцима. Сваки индекс и средњи прст и палац одговарају некој вези.

Магнетометри такође могу да открију магнетострицтион, комбинација два ефекта. Прва је Џолов ефекат, начин на који магнетно поље узрокује стезање или ширење физичког материјала. Други је Виллари ефекат, како се материјал изложен спољном напрезању мења у начину на који реагује на магнетна поља.

Коришћење магнетостриктивног материјала који приказује ове појаве на начине који су лако мерљиви и зависе једни од других, магнетометри могу извршити још прецизнија и тачнија мерења магнетних тачака поље. Пошто је магнетостриктивни ефекат врло мали, уређаји га морају мерити индиректно.

Флукгате сензори дају магнетометру још већу прецизност у откривању магнетних поља. Ови уређаји се састоје од две металне завојнице са феромагнетним језгрима, материјала који, пошто су подвргнути магнетизацији, показују магнетна својства чак и након уклањања магнетизације.

Када одредите магнетни ток или магнетно поље које проистиче из језгра, можете да откријете која је струја или промењена у струји могла да га изазове. Две језгре су постављене једна поред друге тако да начин намотавања жица око једног језгра зрцали друго.

Када шаљете наизменичну струју која у редовним интервалима преокрене свој смер, добијате магнетно поље у оба језгра. Индукована магнетна поља треба да се супротстављају и поништавају ако нема спољног магнетног поља. Ако постоји спољно, магнетно језгро ће се заситити као одговор на ово спољашње поље. Утврђивањем промене магнетног поља или флукса, можете утврдити присуство ових спољних магнетних поља.

Примена било ког магнетометра обухвата различите дисциплине у којима је магнетно поље релевантно. У производним погонима и аутоматизованим уређајима који стварају и раде на металној опреми, магнетометар то може осигурати машине одржавају одговарајући правац када изводе радње као што су бушење метала или резање материјала у облик.

Лабораторије које креирају и изводе истраживања на узорцима материјала морају да разумеју како различите физичке силе попут Халловог ефекта долазе у обзир када су изложене магнетним пољима. Они могу класификовати магнетни моменти као дијамагнетични, парамагнетични, феромагнетни или антиферромагнетски.

Дијамагнетски материјали немају или имају неколико неспарених електрона, тако да не показују велико магнетно понашање, парамагнетни они имају неспарене електроне да би поља пуштала да слободно пролазе, феромагнетски материјал показује магнет својства у присуству спољног поља са електронским спиновима паралелним магнетном домени и антиферромагнетни материјали имају електронске спинове антипаралелно са њима.

Археолози, геолози и истраживачи у сличним областима могу фигурацијом открити својства материјала у физици и хемији сазнајте како се магнетно поље може користити за одређивање других магнетних својстава или како лоцирати предмете дубоко испод Земљиног површина. Они могу да дозволе истраживачима да утврде локацију наслага угља и мапирају унутрашњост Земље. Војни професионалци сматрају да су ови уређаји корисни за лоцирање подморница, а астрономи да их користе за истраживање како на предмете у свемиру утиче Земљино магнетно поље.