Manyetometre Nedir?

manyetometreler(bazen "manyeto metre" olarak yazılır) kuvvetini ve yönünü ölçer. manyetik alan, genellikle teslas birimlerinde verilir. Metalik nesneler Dünya'nın manyetik alanıyla temasa geçtiklerinde veya Dünya'nın manyetik alanına yaklaştıkça manyetik özellikler sergilerler.

Elektronların ve yükün serbestçe akmasına izin veren bu tür metal ve metalik alaşım bileşimine sahip malzemeler için manyetik alanlar verilir. Bir pusula, iğne manyetik kuzeyi gösterecek şekilde Dünya'nın manyetik alanıyla etkileşime giren metalik bir nesneye iyi bir örnektir.

Manyetometreler ayrıca manyetik akı yoğunluğu, belirli bir alan üzerindeki manyetik akı miktarı. Akıyı, bir nehrin akıntısı yönünde açı yaparsanız, suyun içinden akmasına izin veren bir ağ olarak düşünebilirsiniz. Akı, elektrik alanının ne kadarının bu şekilde içinden aktığını ölçer.

Dikdörtgen bir levha veya silindirik bir kasa gibi belirli bir düzlemsel yüzey üzerinde ölçerseniz, bu değerden manyetik alanı belirleyebilirsiniz. Bu, bir nesneye veya hareketli yüklü bir parçacığa kuvvet uygulayan manyetik alanın, alan ile alan arasındaki açıya nasıl bağlı olduğunu anlamanızı sağlar.

Bir manyeto metrenin sensörü, manyetik alana dönüştürülebilen manyetik akı yoğunluğunu algılar. Araştırmacılar, çeşitli kaya yapılarının yaydığı manyetik alanı ölçerek Dünya'daki demir birikintilerini tespit etmek için manyetometreler kullanırlar. Bilim adamları ayrıca deniz altındaki veya yer altındaki gemi enkazlarının ve diğer nesnelerin yerlerini belirlemek için manyetometreleri kullanabilirler.

Bir manyetometre vektör veya skaler olabilir. Vektör manyetometreler nasıl yönlendirdiğinize bağlı olarak uzayda belirli bir yönde akı yoğunluğunu tespit edin. skaler manyetometrelerÖte yandan, ölçüldüğü açının konumunu değil, yalnızca akı vektörünün büyüklüğünü veya gücünü saptar.

Akıllı telefonlar ve diğer cep telefonları, manyetik alanları ölçmek ve telefonun kendisinden gelen akım boyunca hangi yolun kuzey olduğunu belirlemek için yerleşik manyetometreleri kullanır. Genellikle akıllı telefonlar, destekleyebilecekleri uygulamalar ve özellikler için çok boyutlu olmaları amacıyla tasarlanmaktadır. Akıllı telefonlar ayrıca konum ve pusula yönlerini belirlemek için telefonun ivmeölçer ve GPS ünitesinden gelen çıktıyı kullanır.

Bu ivmeölçerler, akıllı telefonların konumunu ve yönünü, örneğin işaret ettiğiniz yön gibi belirleyebilen yerleşik cihazlardır. Bunlar, telefonunuzun ne kadar hızlı hızlandığını ölçerek fitness tabanlı uygulamalarda ve GPS hizmetlerinde kullanılır. Bunlar, üzerlerine uygulanan kuvveti hesaplayarak hızlanmadaki hassas, çok küçük değişiklikleri algılayabilen mikroskobik kristal yapıların sensörlerini kullanarak çalışırlar.

Kimya mühendisi Bill Hammack, mühendislerin bu ivmeölçerleri, hareket halindeyken akıllı telefonlarda güvenli ve sabit kalmaları için silikondan yaptıklarını söyledi. Bu çipler, sismik hareketleri algılayan, salınan veya ileri geri hareket eden bir parçaya sahiptir. Cep telefonu, ivmeyi belirlemek için bu cihazdaki bir silikon tabakanın hassas hareketini algılayabilir.

Bir manyetometre, nasıl çalıştığına göre büyük ölçüde değişebilir. Basit bir pusula örneği için, pusulanın ibresi, Dünya'nın manyetik alanının kuzeyine göre hizalanır, öyle ki, hareketsizken dengededir. Bu, üzerine etki eden kuvvetlerin toplamının sıfır olduğu ve pusulanın kendi yerçekiminin ağırlığının, ona etki eden Dünya'dan gelen manyetik kuvvet ile sıfırlandığı anlamına gelir. Örnek basit olsa da, manyetizmanın diğer manyetometrelerin çalışmasına izin veren özelliğini göstermektedir.

Elektronik pusulalar, aşağıdaki gibi fenomenleri kullanarak manyetik kuzeyin hangi yönde olduğunu belirleyebilir. salon etkisi, manyetoindüksiyonveya mangeto direnci.

Hall etkisi, içinden elektrik akımı geçen iletkenlerin, akımın alanına ve yönüne dik bir voltaj oluşturması anlamına gelir. Bu, manyetometrelerin akımı geçmek ve yakınlarda bir manyetik alanın olup olmadığını belirlemek için yarı iletken malzeme kullanabileceği anlamına gelir. Manyetik alan nedeniyle akımın bozulma veya açı verme şeklini ölçer ve bunun meydana geldiği voltaj, salon voltajımanyetik alanla orantılı olmalıdır.

manyetoindüksiyon yöntemler, aksine, bir malzemenin harici bir manyetik alana maruz kaldığında ne kadar manyetize olduğunu veya hale geldiğini ölçer. Bu, oluşturmayı içerir demanyetizasyon eğrileriB-H eğrileri veya histerezis eğrileri olarak da bilinen, bir manyetik alana maruz kaldığında bir malzeme boyunca manyetik akı ve manyetik kuvvet kuvvetini ölçen.

Bu eğriler, bilim adamlarının ve mühendislerin, piller ve elektromıknatıslar gibi cihazları oluşturan malzemeleri, bu malzemelerin dış manyetik alana nasıl tepki verdiğine göre sınıflandırmasını sağlar. Bu malzemelerin dış alanlara maruz kaldıklarında ne tür manyetik akı ve zorlama yaşadıklarını belirleyebilirler ve bunları manyetik kuvvete göre sınıflandırabilirler.

En sonunda, manyeto direnç manyetometrelerdeki yöntemler, bir nesnenin harici bir manyetik alana maruz kaldığında elektrik direncini değiştirme kapasitesini tespit etmeye dayanır. Manyetoindüksiyon tekniklerine benzer şekilde, manyetometreler de anizotropik manyetodirenç (AMR) Ferromıknatıslar, mıknatıslanmaya maruz kaldıktan sonra, mıknatıslanma kaldırıldıktan sonra bile manyetik özellikler gösteren malzemeler.

AMR, manyetizasyon varlığında elektrik akımının yönü ile manyetizasyon arasındaki algılamayı içerir. Bu, malzemeyi oluşturan elektron orbitallerinin dönüşleri, bir dış alan varlığında kendilerini yeniden dağıtırken olur.

Elektron dönüşü, bir elektronun aslında bir top veya top gibi nasıl döndüğü değildir, daha çok içsel bir kuantum özelliği ve bir açısal momentum biçimidir. Elektrik direnci, alanın uygun şekilde hesaplanabilmesi için akım harici bir manyetik alana paralel olduğunda maksimum bir değere sahiptir.

mangetorezistif sensörler manyetometrelerde, manyetik alanın belirlenmesinde temel fizik yasalarına dayanır. Bu sensörler, içlerindeki elektronların bir yay şeklinde aktığı manyetik alanların varlığında Hall etkisi sergiler. Bu dairesel, dönen hareketin yarıçapı ne kadar büyükse, yüklü parçacıkların izlediği yol o kadar büyük ve manyetik alan o kadar güçlü olur.

Artan ark hareketleriyle, yol da daha büyük bir dirence sahiptir, böylece cihaz, yüklü parçacık üzerinde bu kuvveti ne tür bir manyetik alanın uygulayacağını hesaplayabilir.

Bu hesaplamalar, taşıyıcı veya elektron hareketliliğini, bir elektronun harici bir manyetik alan varlığında bir metal veya yarı iletkende ne kadar hızlı hareket edebileceğini içerir. Hall etkisinin varlığında, buna bazen denir. Salon hareketliliği.

Matematiksel olarak, manyetik kuvvet F parçacığın yüküne eşittir q zaman parçacığın hızının çapraz çarpımı v ve manyetik alan B. şeklinde alır Lorentz denklemi manyetizma için F = q (v x B) hangisinde x çapraz üründür.

•••Seyit Hüseyin Ather

İki vektör arasındaki çapraz ürünü belirlemek istiyorsanız bir ve b, elde edilen vektörün c iki vektörün yaydığı paralelkenarın büyüklüğüne sahiptir. Ortaya çıkan çapraz ürün vektörü dik yöndedir. bir ve b sağ el kuralı ile verilir.

Sağ el kuralı size, sağ işaret parmağınızı b vektörü yönünde ve sağ orta parmağınızı a vektörü yönünde yerleştirirseniz, elde edilen vektörün c sağ başparmağınızın yönünde gider. Yukarıdaki şemada, bu üç vektörün yönleri arasındaki ilişki gösterilmektedir.

•••Seyit Hüseyin Ather

Lorentz denklemi size, daha büyük elektrik alanıyla, alanda hareket eden yüklü bir parçacığa daha fazla elektrik kuvveti uygulandığını söyler. Ayrıca üç vektörü manyetik kuvvet, manyetik alan ve yüklü parçacığın hızını özellikle bu vektörler için bir sağ el kuralıyla ilişkilendirebilirsiniz.

Yukarıdaki şemada, bu üç miktar, sağ elinizin bu yönleri gösterdiği doğal yola karşılık gelir. Her işaret ve orta parmak ve başparmak, ilişkiden birine karşılık gelir.

Manyetometreler de algılayabilir manyetostriksiyon, iki etkinin bir kombinasyonu. Birincisi Joule etkisibir manyetik alanın fiziksel bir malzemenin büzülmesine veya genişlemesine neden olma şekli. İkincisi Villari etkisi, dış strese maruz kalan malzemenin manyetik alanlara nasıl tepki verdiğine bağlı olarak değişir.

Bu fenomenleri ölçmesi kolay şekillerde sergileyen manyetostriktif bir malzeme kullanmak ve Birbirlerine bağlı olduklarından, manyetometreler daha kesin ve doğru manyetik ölçümler yapabilir. alan. Manyetostriktif etki çok küçük olduğundan, cihazların bunu dolaylı olarak ölçmesi gerekir.

Fluxgate sensörleri bir manyetometreye manyetik alanları tespit etmede daha da fazla hassasiyet kazandırın. Bu cihazlar, ferromanyetik çekirdekli iki metal bobinden oluşur; bu malzemeler, manyetizasyona maruz kaldıktan sonra, manyetizasyon kaldırıldıktan sonra bile manyetik özellikler gösterir.

Çekirdekten kaynaklanan manyetik akı veya manyetik alanı belirlediğinizde, buna hangi akımın veya akımdaki değişikliğin neden olabileceğini anlayabilirsiniz. İki çekirdek, tellerin bir çekirdeğin etrafına sarılma şekli diğerini yansıtacak şekilde yan yana yerleştirilir.

Düzenli aralıklarla yönünü tersine çeviren bir alternatif akım gönderdiğinizde, her iki çekirdekte de bir manyetik alan üretirsiniz. Endüklenen manyetik alanlar birbirine zıt olmalı ve harici bir manyetik alan yoksa birbirini iptal etmelidir. Eğer harici bir tane varsa, manyetik çekirdek bu harici alana tepki olarak kendisini doyuracaktır. Manyetik alan veya akıdaki değişimi belirleyerek bu harici manyetik alanların varlığını belirleyebilirsiniz.

Manyetik alanın ilgili olduğu disiplinler arasında herhangi bir manyetometre aralığının uygulamaları. Metalik ekipman oluşturan ve üzerinde çalışan üretim tesislerinde ve otomatik cihazlarda, bir manyetometre şunları sağlayabilir: makineler, metalleri delme veya malzemeleri kesme gibi eylemleri gerçekleştirirken uygun yönü korurlar. şekil.

Örnek malzemeler üzerinde araştırma yapan ve yürüten laboratuvarların, manyetik alanlara maruz kaldığında Hall etkisi gibi çeşitli fiziksel kuvvetlerin nasıl devreye girdiğini anlaması gerekir. sınıflandırabilirler manyetik anlar diamanyetik, paramanyetik, ferromanyetik veya antiferromanyetik olarak.

diamanyetik malzemeler eşleşmemiş elektronları yoktur veya çok azdır, bu nedenle fazla manyetik davranış sergilemeyin, paramanyetik alanların serbestçe akmasına izin vermek için eşlenmemiş elektronları vardır, ferromanyetik malzeme manyetik gösterir Elektronların manyetik alana paralel dönüşleri ile bir dış alanın varlığındaki özellikler etki alanları ve antiferromanyetik malzemelerin elektron spinleri kendilerine antiparaleldir.

Arkeologlar, jeologlar ve benzer alanlardaki araştırmacılar, fizik ve kimyadaki malzemelerin özelliklerini şekil vererek tespit edebilirler. Manyetik alanın diğer manyetik özellikleri belirlemek için nasıl kullanılabileceğini veya Dünya'nın derinliklerindeki nesnelerin nasıl yerleştirileceğini öğrenin. yüzey. Araştırmacıların kömür yataklarının yerini belirlemesine ve Dünya'nın içini haritalandırmasına izin verebilirler. Askeri uzmanlar bu cihazları denizaltıların yerini tespit etmek için faydalı buluyorlar ve gökbilimciler onları uzaydaki nesnelerin Dünya'nın manyetik alanından nasıl etkilendiğini keşfetmek için faydalı buluyor.