Magnetometer คืออะไร?

เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก(บางครั้งเขียนว่า "magneto meter") วัดความแรงและทิศทางของ สนามแม่เหล็กมักจะกำหนดเป็นหน่วยเทสลาส เมื่อวัตถุที่เป็นโลหะสัมผัสหรือเข้าใกล้สนามแม่เหล็กของโลก วัตถุเหล่านั้นก็แสดงคุณสมบัติของแม่เหล็ก

สำหรับวัสดุที่มีองค์ประกอบของโลหะและโลหะผสมดังกล่าวซึ่งปล่อยให้อิเล็กตรอนและประจุไหลได้อย่างอิสระ สนามแม่เหล็กจะถูกปล่อยออกไป เข็มทิศเป็นตัวอย่างที่ดีของวัตถุที่เป็นโลหะซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของโลก โดยที่เข็มจะชี้ไปทางทิศเหนือของแม่เหล็ก

Magnetometers ยังวัด ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก, ปริมาณของฟลักซ์แม่เหล็กบนพื้นที่ใดบริเวณหนึ่ง คุณสามารถคิดว่ากระแสน้ำเป็นเหมือนตาข่ายที่ช่วยให้น้ำไหลผ่านได้หากคุณทำมุมไปในทิศทางของกระแสน้ำในแม่น้ำ ฟลักซ์วัดปริมาณสนามไฟฟ้าที่ไหลผ่านด้วยวิธีนี้

คุณสามารถกำหนดสนามแม่เหล็กจากค่านี้ได้หากคุณวัดบนพื้นผิวระนาบเฉพาะ เช่น แผ่นสี่เหลี่ยมหรือกล่องทรงกระบอก วิธีนี้ช่วยให้คุณทราบได้ว่าสนามแม่เหล็กที่ออกแรงกระทำต่อวัตถุหรืออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่นั้นขึ้นอยู่กับมุมระหว่างพื้นที่กับสนามอย่างไร

เซ็นเซอร์ของเครื่องวัดแมกนีโตจะตรวจจับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งสามารถแปลงเป็นสนามแม่เหล็กได้ นักวิจัยใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเพื่อตรวจจับการสะสมของเหล็กในโลกโดยการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากโครงสร้างต่างๆ ของหิน นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเพื่อระบุตำแหน่งของซากเรืออับปางและวัตถุอื่นๆ ใต้ทะเลหรือใต้พื้นโลกได้

เครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กสามารถเป็นเวกเตอร์หรือสเกลาร์ก็ได้ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์ ตรวจจับความหนาแน่นของฟลักซ์ในทิศทางเฉพาะในอวกาศขึ้นอยู่กับว่าคุณปรับทิศทางอย่างไร เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในทางกลับกัน ให้ตรวจจับเฉพาะขนาดหรือความแรงของเวกเตอร์ฟลักซ์ ไม่ใช่ตำแหน่งของมุมที่วัด

สมาร์ทโฟนและโทรศัพท์มือถืออื่นๆ ใช้เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กในตัวเพื่อวัดสนามแม่เหล็กและกำหนดทางเหนือผ่านกระแสจากตัวโทรศัพท์เอง โดยปกติสมาร์ทโฟนได้รับการออกแบบโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้มีหลายมิติสำหรับแอปพลิเคชันและคุณสมบัติที่สามารถรองรับได้ สมาร์ทโฟนยังใช้เอาต์พุตจากมาตรความเร่งและหน่วย GPS ของโทรศัพท์เพื่อระบุตำแหน่งและทิศทางของเข็มทิศ

มาตรความเร่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์ในตัวที่สามารถกำหนดตำแหน่งและทิศทางของสมาร์ทโฟนได้ เช่น ทิศทางที่คุณกำลังชี้ไป สิ่งเหล่านี้ใช้ในแอปฟิตเนสและบริการ GPS โดยวัดว่าโทรศัพท์ของคุณเร่งความเร็วแค่ไหน พวกเขาทำงานโดยใช้เซ็นเซอร์ของโครงสร้างผลึกขนาดเล็กที่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความเร่งได้อย่างแม่นยำและรวดเร็วโดยการคำนวณแรงที่กระทำต่อพวกมัน

วิศวกรเคมี Bill Hammack กล่าวว่าวิศวกรสร้างมาตรความเร่งเหล่านี้จากซิลิคอนเพื่อให้มีความปลอดภัยและมีเสถียรภาพในสมาร์ทโฟนขณะเคลื่อนที่ ชิปเหล่านี้มีส่วนที่สั่นหรือเคลื่อนที่ไปมาซึ่งตรวจจับการเคลื่อนไหวจากแผ่นดินไหว โทรศัพท์มือถือสามารถตรวจจับการเคลื่อนที่ของแผ่นซิลิกอนได้อย่างแม่นยำในอุปกรณ์นี้เพื่อกำหนดอัตราเร่ง

เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กอาจแตกต่างกันไปมากตามวิธีการทำงาน สำหรับตัวอย่างง่ายๆ ของเข็มทิศ เข็มของเข็มทิศจะอยู่ในแนวเดียวกับทิศเหนือของสนามแม่เหล็กโลก ในลักษณะที่ว่าเมื่ออยู่นิ่ง เข็มจะอยู่ในสมดุล ซึ่งหมายความว่าผลรวมของแรงที่กระทำต่อมันเป็นศูนย์ และน้ำหนักของแรงโน้มถ่วงของเข็มทิศเองจะหักล้างด้วยแรงแม่เหล็กจากโลกที่กระทำต่อมัน แม้ว่าตัวอย่างจะเรียบง่าย แต่ก็แสดงให้เห็นคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กที่ช่วยให้เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กอื่นๆ ทำงานได้

เข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์สามารถกำหนดทิศทางที่เป็นทิศเหนือแม่เหล็กโดยใช้ปรากฏการณ์เช่น ฮอลล์เอฟเฟค, การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, หรือ ต้านทานโรคพืช.

เอฟเฟกต์ฮอลล์หมายถึงตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะสร้างแรงดันในแนวตั้งฉากกับสนามและทิศทางของกระแส นั่นหมายความว่าเครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กสามารถใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อส่งกระแสผ่านและตรวจสอบว่ามีสนามแม่เหล็กอยู่ใกล้ๆ หรือไม่ มันวัดวิธีที่กระแสบิดเบี้ยวหรือทำมุมเนื่องจากสนามแม่เหล็ก และแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นคือ แรงดันฮอลล์ซึ่งควรเป็นสัดส่วนกับสนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในทางตรงกันข้าม วิธีการวัดว่าวัสดุถูกทำให้เป็นแม่เหล็กหรือกลายเป็นแม่เหล็กอย่างไรเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการสร้าง เส้นโค้งล้างอำนาจแม่เหล็กหรือที่เรียกว่าเส้นโค้ง B-H หรือเส้นโค้งฮิสเทรีซิสที่วัดฟลักซ์แม่เหล็กและความแรงของสนามแม่เหล็กผ่านวัสดุเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก

เส้นโค้งเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำแนกวัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นอุปกรณ์ เช่น แบตเตอรี่และแม่เหล็กไฟฟ้าตามวิธีที่วัสดุเหล่านั้นตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอก พวกเขาสามารถกำหนดฟลักซ์แม่เหล็กและแรงที่วัสดุเหล่านี้ประสบเมื่อสัมผัสกับสนามภายนอกและจำแนกตามความแรงของแม่เหล็ก

ในที่สุด ความต้านทานแม่เหล็ก วิธีการในเครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กอาศัยการตรวจจับความสามารถของวัตถุในการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก ในทำนองเดียวกันกับเทคนิคการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความต้านทานสนามแม่เหล็กแบบแอนไอโซทรอปิก (AMR) ของเฟอร์โรแมกเนติก วัสดุที่หลังจากถูกทำให้เป็นแม่เหล็กแล้ว แสดงสมบัติทางแม่เหล็กแม้หลังจากที่เอาการทำให้เป็นแม่เหล็กแล้ว

AMR เกี่ยวข้องกับการตรวจจับระหว่างทิศทางของกระแสไฟฟ้าและการทำให้เป็นแม่เหล็กในที่ที่มีการทำให้เป็นแม่เหล็ก สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อสปินของออร์บิทัลของอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นวัสดุกระจายตัวในที่ที่มีสนามภายนอก

การหมุนของอิเล็กตรอนไม่ใช่วิธีที่อิเล็กตรอนหมุนจริง ๆ ราวกับว่ามันเป็นลูกหมุนหรือลูกหมุน แต่เป็นสมบัติของควอนตัมที่แท้จริงและรูปแบบของโมเมนตัมเชิงมุม ความต้านทานไฟฟ้ามีค่าสูงสุดเมื่อกระแสขนานกับสนามแม่เหล็กภายนอกเพื่อให้สามารถคำนวณสนามได้อย่างเหมาะสม

เซ็นเซอร์ควบคุมการย่อยอาหาร ในสนามแม่เหล็กอาศัยกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ในการกำหนดสนามแม่เหล็ก เซ็นเซอร์เหล่านี้แสดงเอฟเฟกต์ฮอลล์เมื่อมีสนามแม่เหล็กเพื่อให้อิเล็กตรอนภายในพวกมันไหลเป็นรูปโค้ง ยิ่งรัศมีของการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นวงกลมนี้มากเท่าใด เส้นทางที่อนุภาคที่มีประจุจะมีขนาดใหญ่ขึ้นก็จะยิ่งมีสนามแม่เหล็กมากขึ้นเท่านั้น

ด้วยการเคลื่อนที่ของส่วนโค้งที่เพิ่มขึ้น เส้นทางจะมีความต้านทานมากขึ้นเช่นกัน ดังนั้นอุปกรณ์จึงสามารถคำนวณว่าสนามแม่เหล็กประเภทใดที่จะออกแรงนี้บนอนุภาคที่มีประจุ

การคำนวณเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของตัวพาหรืออิเล็กตรอน อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านโลหะหรือสารกึ่งตัวนำได้เร็วเพียงใดเมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอก ต่อหน้าเอฟเฟกต์ Hall บางครั้งเรียกว่า ความคล่องตัวของห้องโถง

ในทางคณิตศาสตร์ แรงแม่เหล็ก F เท่ากับประจุของอนุภาค q เวลาผลคูณของความเร็วของอนุภาค วี และสนามแม่เหล็ก บี. มันใช้รูปแบบของ สมการลอเรนซ์ สำหรับแม่เหล็ก F = q (v x B) ซึ่งใน x เป็นผลิตภัณฑ์ข้าม

•••Syed Hussain Ather A

หากคุณต้องการหาผลคูณระหว่างเวกเตอร์สองตัว และ ข, คุณสามารถหาได้ว่าเวกเตอร์ผลลัพธ์ ค มีขนาดของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์ทั้งสองขยาย ผลคูณของเวกเตอร์ผลคูณอยู่ในทิศทางตั้งฉากกับ และ ข กำหนดโดยกฎมือขวา

กฎมือขวาบอกคุณว่า หากคุณวางนิ้วชี้ขวาของคุณไปในทิศทางของเวกเตอร์ b และนิ้วกลางขวาของคุณไปในทิศทางของเวกเตอร์ a เวกเตอร์ที่ได้ ค ไปในทิศทางของนิ้วหัวแม่มือขวาของคุณ ในแผนภาพด้านบน แสดงความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางของเวกเตอร์ทั้งสามนี้

•••Syed Hussain Ather A

สมการลอเรนซ์บอกคุณว่าด้วยสนามไฟฟ้าที่มากกว่า จะมีแรงไฟฟ้ากระทำกับอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ในสนามมากกว่า คุณยังสามารถเชื่อมโยงแรงแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก และความเร็วของเวกเตอร์สามตัวของอนุภาคที่มีประจุผ่านกฎมือขวาสำหรับเวกเตอร์เหล่านี้โดยเฉพาะ

ในแผนภาพด้านบน ปริมาณทั้งสามนี้สอดคล้องกับวิธีธรรมชาติที่มือขวาของคุณชี้ไปในทิศทางเหล่านี้ นิ้วชี้ นิ้วกลาง และนิ้วหัวแม่มือแต่ละอันสอดคล้องกับความสัมพันธ์อย่างใดอย่างหนึ่ง

เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กยังสามารถตรวจจับได้ สนามแม่เหล็ก, การรวมกันของสองเอฟเฟกต์ ที่แรกก็คือ จูลเอฟเฟควิธีที่สนามแม่เหล็กทำให้เกิดการหดตัวหรือขยายตัวของวัสดุทางกายภาพ ประการที่สองคือ is วิลลารีเอฟเฟคว่าวัสดุที่อยู่ภายใต้ความเครียดภายนอกจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรในการตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก

โดยใช้วัสดุแม่เหล็กที่แสดงปรากฏการณ์เหล่านี้ในลักษณะที่ง่ายต่อการวัดและ เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กสามารถวัดค่าแม่เหล็กได้แม่นยำและแม่นยำยิ่งขึ้น สนาม เนื่องจากเอฟเฟกต์สนามแม่เหล็กมีขนาดเล็กมาก อุปกรณ์จึงต้องวัดทางอ้อม

เซ็นเซอร์ Fluxgate ให้แมกนิโตมิเตอร์มีความแม่นยำมากขึ้นในการตรวจจับสนามแม่เหล็ก อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยขดลวดโลหะสองอันที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติก วัสดุที่แสดงสมบัติทางแม่เหล็กหลังจากถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก แม้จะถอดการทำให้เป็นแม่เหล็กแล้วก็ตาม

เมื่อคุณกำหนดฟลักซ์แม่เหล็กหรือสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแกนกลาง คุณจะสามารถทราบได้ว่ากระแสหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสใดที่อาจเป็นสาเหตุของกระแส แกนทั้งสองถูกวางไว้ติดกันเพื่อให้สายไฟพันรอบแกนหลักหนึ่งอันเป็นกระจกอีกแกนหนึ่ง

เมื่อคุณส่งกระแสสลับ กระแสสลับที่กลับทิศทางในช่วงเวลาปกติ คุณจะสร้างสนามแม่เหล็กในแกนทั้งสอง สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำควรตรงข้ามกันและตัดกันหากไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก หากมีแกนภายนอก แกนแม่เหล็กจะอิ่มตัวตัวเองเพื่อตอบสนองต่อสนามภายนอกนี้ โดยการพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือฟลักซ์ คุณสามารถระบุการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กภายนอกเหล่านี้ได้

การประยุกต์ใช้ช่วงแมกนีโตมิเตอร์ใดๆ ในสาขาที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็ก ในโรงงานผลิตและอุปกรณ์อัตโนมัติที่สร้างและทำงานกับอุปกรณ์ที่เป็นโลหะ เครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กสามารถมั่นใจได้ว่า เครื่องจักรจะรักษาทิศทางที่เหมาะสมเมื่อดำเนินการต่างๆ เช่น เจาะผ่านโลหะหรือตัดวัสดุเข้า รูปร่าง.

ห้องปฏิบัติการที่สร้างและดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุตัวอย่างจำเป็นต้องเข้าใจว่าแรงทางกายภาพต่างๆ เช่น เอฟเฟกต์ฮอลล์จะเข้ามามีบทบาทอย่างไรเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก จำแนกได้ ช่วงเวลาแม่เหล็ก ไดแม่เหล็ก พาราแมกเนติก เฟอโรแมกเนติก หรือแอนติเฟอโรแมกเนติก

วัสดุแม่เหล็ก มีอิเลคตรอนที่ไม่มีคู่หรือน้อย ดังนั้นอย่าแสดงพฤติกรรมแม่เหล็กมากนัก พาราแมกเนติก มีอิเลคตรอนที่ไม่มีคู่เพื่อให้สนามไหลได้อย่างอิสระ วัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกจะแสดงเป็นแม่เหล็ก คุณสมบัติเมื่อมีสนามภายนอกที่มีอิเล็กตรอนหมุนขนานกับแม่เหล็ก โดเมนและ antiferromagnetic วัสดุมีอิเล็กตรอนหมุนตรงข้ามกับพวกมัน

นักโบราณคดี นักธรณีวิทยา และนักวิจัยในพื้นที่ใกล้เคียงกัน สามารถตรวจจับคุณสมบัติของวัสดุในวิชาฟิสิกส์และเคมีได้โดยการหา วิธีการใช้สนามแม่เหล็กเพื่อกำหนดคุณสมบัติแม่เหล็กอื่น ๆ หรือวิธีการระบุตำแหน่งของวัตถุที่อยู่ลึกใต้พื้นโลก พื้นผิว พวกเขาสามารถให้นักวิจัยกำหนดตำแหน่งของแหล่งถ่านหินและทำแผนที่ภายในโลกได้ ผู้เชี่ยวชาญด้านการทหารพบว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีประโยชน์ในการค้นหาเรือดำน้ำ และนักดาราศาสตร์พบว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีประโยชน์ในการสำรวจว่าวัตถุในอวกาศได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กโลกอย่างไร