Vad är en magnetisk kompass?

Nästan alla har använt någon form av enhet som gör det möjligt att bestämma traditionella riktningar - norr, söder, öst, väst och kombinationer därav. Dagen för ungdomar som rusar genom skogen med handhållna modeller utrustade med en riktig kompassnål har dock till stor del fallit ner i soptunnan i navigationshistoriken.

Idag är praktiskt taget alla smartphones utrustade med GPS-mottagare (Global Positioning System) som gör det möjligt för användare att räkna ut var de befinner sig på jordens riktade "nät" inom några meter. Denna teknik är beroende av ett nätverk av satelliter i en kontinuerlig bana högt över jordens atmosfär. Men före modern raket litade navigatörerna på ett föråldrat men utomordentligt smart sätt att bestämma riktningen.

A magnetisk kompass är ett verktyg som i grunden möjliggör bestämning av en referenspunkt eller region på jorden som motsvarar magnetisk norr. Detta skiljer sig något från riktigt norr, men med de olika korrigeringsfaktorer som krävs vid olika punkter runt världen nu känd, förblir en bra magnetisk kompass tillräckligt bra för att få en praktiserad användare från plats till plats helt fint.

Magnetism är en term som beskriver en matematiskt förutsägbar uppsättning effekter på partiklar och system inom fysikens gren elektromagnetik. Som med sin oskiljaktiga partner, elektricitet, är magnetism inte något som kan "ses", utan många av dess effekter i den verkliga världen är välkända och har införlivats i otaliga kritiska aspekter av det moderna teknologi.

Magnetiska "fält", som kan betraktas som inflytandelinjer på partiklar som är föremål för de fysiska effekterna av magnetism, ritas som ursprung från a norr magnetpol och flyter utåt genom rymden och tillbaka mot a söder magnetpol. I fallet med a stångmagnet (en rektangulär magnet), detta betyder en serie ungefär C-formade linjer som "strömmar" från magnetiskt norr till magnetiskt söder.

• Till skillnad från fallet med elektriska laddningar, finns det inget sådant som "magnetisk monopol". Med andra ord kan det finnas ingen punktkälla för ett magnetfält på det sätt som ett elektriskt fält kan skapas och definieras av en enda laddning.

Magnetfält skapas genom rörliga elektriska laddningar. Detta kan vara tydligt och en funktion av målmedveten konstruktion, som när en spole med strömbärande tråd lindas många gånger runt en metallbit och skapar en elektromagnet. Dessa används vid generering av elkraft och i andra kritiska industriella applikationer över hela världen. Det viktigaste med en elektromagnet är att den upphör att vara en magnet av vilken konsekvens som helst när den nuvarande källan har tagits bort.

Alternativt kan källan till rörliga laddningar som ligger bakom magnetfält "gömma sig" och produceras vid nivån av enskilda atomer i vissa element (t.ex. järn, koppar och nickel). Delvis tack vare "spin" -egenskaperna hos dessa elementens elektroner, magnetiska ögonblick skapas i atomerna i fråga och i dessa ferromagnetisk element, lokala magnetiska moment är additiva snarare än att avbryta parvis (för att förenkla, normen i de flesta element). Resultatet är en metallbit du känner som en magnet.

Jorden är uppdelad i norra halvklotet och en södra halvklotet, eller "topp" och "botten" halvor. De längsta punkterna på jorden från en linje som dras runt den bredaste delen av jorden i riktning mot dess rotation, kallad ekvatorn, kallas poler. Jordens rotationsaxel passerar genom och definierar nordpolen och sydpolen. Den förra sitter på is, medan den senare ligger på en stor kontinental landmassa (Antarktis).

Du har redan lärt dig att magnetfältlinjer dras från magnetiska norr till magnetiska söder. Men när du ser ett diagram om jordens magnetfält ser du linjer, de flesta långt över ytan, med ursprung vid söder Pole och slut vid Norr Pol. Detta beror på att nordpolen, av en slump, utgör en söder magnetisk och motsvarande för sydpolen. Ingen förvirring menades med detta; geografin råkar helt enkelt inte stämma överens med fysiken på grund av att en stor deponering av järnmalm placerades i Kanada (mer om detta snart).

Anledningen till att en kompassnål pekar i den riktning människor har märkt "magnetisk norr" är att nålen är tvungen att orientera sig i samma riktning som jordens magnetfält på grund av en förskjutning av elektronerna i nålens materialatomer som svar på fält. Tänk på att pilen på en kompassnål är analog med pilen på magnetfältlinjens spets: De pekar i samma riktning.

Nålen på din magnetiska kompass pekar inte på den sanna nordpolen utan på en punkt som är för närvarande cirka 500 kilometer från Nordpolen, på Ellesmere Island i norra Kanada. Detta beror på närvaron av en stor avlagring av järnmalm, som fungerar som ett slags "magnetisk diskbänk" och "suger" ena änden av nålen mot malmavlagringen.

Observera att det vore lika rättvist att säga att den andra änden av nålen "pekar" söderut, medan den andra änden helt enkelt snurras som en följd; det handlar verkligen om att sjömän för århundraden sedan ursprungligen valde norr som en grundläggande navigationsutgångspunkt på grund av deras läge på norra halvklotet.

Eftersom navigering över stora avstånd har varit så kritisk så länge, korrigeringsfaktorer för äkta kontra magnetiska norr har varit tillgängliga för olika punkter på jorden sedan långt innan datoriseringen gjorde detta till ett mer vardagligt uppgift.

Kineserna tros ha förstått lodstenens egenskaper så länge som för 2000 år sedan. Detta sällsynta mineral kallas idag en naturlig magnet. När det råkar komma i en lång, avlång form som en överdimensionerad nål, kommer den att orientera sig i jordens magnetfält när den hänger uppifrån. Kineserna märkte detta, men var förvirrade över varför det inträffade.

Vid 11- eller 1100-talet e.Kr. använde kineserna magnetiska kompasser för navigering. De följdes i kort ordning (i historisk skala) av upptäcktsresande från Europa och andra håll. Till en början misslyckades dessa pionjärer med att förstå två viktiga saker: referenspunkten som de kallade "norr" tack till deras kompasser var faktiskt inte fixade under långa resor, och det skilde sig åt med olika belopp i olika platser.

Denna insikt ledde till utvecklingen av en de facto-databas med korrigeringsfaktorer för hela världen. Fram till satellitåldern förlitade sig även de mest elitmilitära enheterna på det som nu verkar konstigt arkaisk landnavigering med de högteknologiska magnetkompasserna någonstans.

Allt du behöver för att skapa din egen magnetiska kompass är en skål med vatten, en bit av kork, en vanlig synål, a kylmagnet och en befintlig kompass.

Gnid först sömnålen 50 gånger längs en vanlig kylmagnet. Viktigt: Gör detta bara i en riktning; med andra ord, inte fram och tillbaka.

Placera sedan korken i skålen med vatten och placera nålen försiktigt ovanpå korken. Lägg kompassen bredvid denna församling så att du kan se var norr är. Snart, om du har lyckats magnetisera nålen, kommer nålen att orientera sig i samma riktning som kompassnålen.