Що таке магнітометр?

Магнітометри(іноді його називають "магнітометром") вимірюють силу та напрямок магнітне поле, зазвичай дається в одиницях тесла. Коли металеві предмети контактують із магнітним полем Землі або наближаються до них, вони виявляють магнітні властивості.

Для матеріалів з таким складом металів і металевих сплавів, що дозволяють електронам і заряду вільно текти, магнітні поля видаються. Компас є гарним прикладом металевого предмета, який взаємодіє з магнітним полем Землі таким чином, що стрілка вказує на магнітну північ.

Магнітометри також вимірюють щільність магнітного потоку, кількість магнітного потоку на певній площі. Ви можете думати про потік як про сітку, яка пропускає через нього воду, якщо нахиляти кут у напрямку течії річки. Потік вимірює, скільки електричного поля протікає через нього таким чином.

Ви можете визначити магнітне поле за цим значенням, якщо виміряти його на певній площинній поверхні, такій як прямокутний лист або циліндричний корпус. Це дозволяє з’ясувати, як магнітне поле, яке чинить силу на об’єкт або рухому заряджену частинку, залежить від кута між площею та полем.

Датчик магнітометра виявляє щільність магнітного потоку, яку можна перетворити в магнітне поле. Дослідники використовують магнітометри для виявлення відкладень заліза в Землі, вимірюючи магнітне поле, що видається різними структурами гірських порід. Також вчені можуть за допомогою магнітометрів визначати місце розташування корабельних аварій та інших об’єктів під морем або під землею.

Магнітометр може бути векторним або скалярним. Вектор магнітометри виявляти щільність потоку в певному напрямку в просторі залежно від того, як ви його орієнтуєте. Скалярні магнітометри, з іншого боку, виявляють лише величину або силу вектора потоку, а не положення кута, під яким він вимірюється.

Смартфони та інші стільникові телефони використовують вбудовані магнітометри для вимірювання магнітних полів і визначення шляху, який знаходиться на північ через струм від самого телефону. Зазвичай смартфони розроблені з метою багатовимірності програм та функцій, які вони можуть підтримувати. Смартфони також використовують вихідні дані акселерометра телефону та GPS-пристрою для визначення місця розташування та напрямків компаса.

Ці акселерометри - це вбудовані пристрої, які можуть визначати положення та орієнтацію смартфонів, наприклад напрямок, в який ви його вказуєте. Вони використовуються у фітнес-програмах та GPS-послугах, вимірюючи швидкість прискорення вашого телефону. Вони працюють за допомогою датчиків мікроскопічних кристалічних структур, які можуть визначати точні, щохвилинні зміни прискорення, обчислюючи силу, що діє на них.

Інженер-хімік Білл Хаммак сказав, що інженери створюють ці акселерометри з кремнію таким чином, щоб вони залишалися надійними та стабільними у смартфонах під час руху. Ці мікросхеми мають частину, яка коливається або рухається вперед-назад, яка виявляє сейсмічні рухи. Стільниковий телефон може визначити точне переміщення кремнієвого листа в цьому пристрої для визначення прискорення.

Магнітометр може сильно відрізнятися від того, як він працює. Для простого прикладу компаса стрілка компаса вирівнюється до півночі магнітного поля Землі таким чином, що коли він перебуває в стані спокою, він знаходиться в рівновазі. Це означає, що сума сил, що діють на нього, дорівнює нулю, а вага власної сили тяжіння компаса відступає з магнітною силою Землі, що діє на нього. Хоча приклад простий, він ілюструє властивість магнетизму, що дозволяє іншим магнітометрам працювати.

Електронні компаси можуть визначити, в якому напрямку знаходиться магнітний північ, використовуючи такі явища, як Ефект Холла, магнітоіндукція, або mangetoresistance.

Ефект Холла означає, що провідники, в яких протікають електричні струми, створюють напругу, перпендикулярну полю та напрямку струму. Це означає, що магнітометри можуть використовувати напівпровідниковий матеріал для пропускання струму і визначати, чи знаходиться поблизу магнітне поле. Він вимірює спосіб спотворення або зміщення струму внаслідок магнітного поля, а напруга, при якій це відбувається, - Напруга Холла, яка повинна бути пропорційною магнітному полю.

Магнітоіндукція методи, навпаки, вимірюють, наскільки намагнічений матеріал є або стає під впливом зовнішнього магнітного поля. Це передбачає створення криві розмагнічування, також відомі як криві B-H або криві гістерезису, які вимірюють магнітний потік і силу магнітної сили через матеріал під впливом магнітного поля.

Ці криві дозволяють вченим та інженерам класифікувати матеріали, що складаються з таких пристроїв, як батареї та електромагніти, відповідно до того, як ці матеріали реагують на зовнішнє магнітне поле. Вони можуть визначити, який магнітний потік і силу зазнають ці матеріали під впливом зовнішніх полів, і класифікувати їх за магнітною силою.

Нарешті, магнітоопір методи в магнітометрах покладаються на виявлення здатності об'єкта змінювати електричний опір під впливом зовнішнього магнітного поля. Подібно до методів магнітоіндукції, магнітометри використовують анізотропний магнітоопір (AMR) феромагнетиків, матеріалів, які після дії намагнічування виявляють магнітні властивості навіть після того, як намагніченість була видалена.

AMR передбачає виявлення між напрямком електричного струму та намагніченістю за наявності намагніченості. Це відбувається, коли спіни електронних орбіталей, з яких складається матеріал, перерозподіляються в присутності зовнішнього поля.

Спін електрона - це не те, як електрон насправді обертається так, ніби він був обертанням чи кулею, а, швидше, є внутрішньою квантовою властивістю і формою моменту імпульсу. Електричний опір має максимальне значення, коли струм паралельний зовнішньому магнітному полю, щоб поле могло бути розраховане належним чином.

мангеторезистивні датчики в магнітометрах при визначенні магнітного поля спираються на основні закони фізики. Ці датчики виявляють ефект Холла в присутності магнітних полів, таких що електрони всередині них течуть у формі дуги. Чим більше радіус цього кругового обертаючого руху, тим більший шлях проходять заряджені частинки і сильніше магнітне поле.

Зі збільшенням рухів дуги шлях також має більший опір, тому пристрій може розрахувати, який вид магнітного поля буде чинити цю силу на заряджену частинку.

Ці розрахунки включають рухливість носія або електрона, те, наскільки швидко електрон може рухатися крізь метал або напівпровідник у присутності зовнішнього магнітного поля. За наявності ефекту Холла його іноді називають Мобільність залу.

Математично - магнітна сила F дорівнює заряду частинки q час перехресного добутку швидкості частинки v і магнітне поле B. Він приймає форму Рівняння Лоренца для магнетизму F = q (v x B) в якій х є перехресним продуктом.

•••Саєд Хуссейн Атер

Якщо ви хочете визначити поперечний добуток між двома векторами а і b, ви можете зрозуміти, що отриманий вектор c має величину паралелограма, який охоплюють два вектори. Отриманий вектор перехресного добутку знаходиться в напрямку, перпендикулярному до а і b дається правилом правої руки.

Правило правої руки говорить вам, що якщо ви розмістите правий вказівний палець у напрямку вектора b, а правий середній палець у напрямку вектора a, отриманий вектор c йде в напрямку вашого великого великого пальця. На діаграмі вище показано взаємозв'язок між цими трьома напрямками вектора.

•••Саєд Хуссейн Атер

Рівняння Лоренца говорить вам, що при збільшенні електричного поля на поле рухається заряджена частинка, що рухається, більше електричної сили. Ви також можете зв'язати три вектори магнітної сили, магнітного поля і швидкості зарядженої частинки за допомогою правильного правила, спеціально для цих векторів.

На наведеній вище схемі ці три величини відповідають природному шляху, в який спрямована ваша права рука в цих напрямках. Кожен вказівний та середній палець та великий палець відповідають одному із відносин.

Магнітометри також можуть виявляти магнітострикція, поєднання двох ефектів. Перший - це Ефект Джоуля, спосіб, яким магнітне поле викликає стискання або розширення фізичного матеріалу. Другий - це Ефект Вілларі, як матеріал, що зазнає зовнішнього напруження, змінюється в реакції на магнітні поля.

Використання магнітострикційного матеріалу, який демонструє ці явища способами, які легко виміряти та залежно один від одного, магнітометри можуть робити ще більш точні та точні вимірювання магнітних поле. Оскільки магнітострикційний ефект дуже малий, пристрої повинні вимірювати його побічно.

Датчики флюгату надають магнітометру ще більшої точності при виявленні магнітних полів. Ці пристрої складаються з двох металевих котушок з феромагнітними сердечниками, матеріалів, які після дії намагнічування виявляють магнітні властивості навіть після того, як намагніченість була знята.

Визначаючи магнітний потік або магнітне поле, які виникають в основі серцевини, ви можете з’ясувати, який струм або зміна струму могли спричинити його. Два жили розміщені поруч один з одним так, щоб намотувані дроти навколо одного сердечника дзеркально відображали інший.

Коли ви надсилаєте змінний струм, який через рівні проміжки часу змінює напрямок, ви створюєте магнітне поле в обох жилах. Індуковані магнітні поля повинні протистояти одне одному і виключати одне одного, якщо немає зовнішнього магнітного поля. Якщо є зовнішнє, магнітне ядро ​​буде насичуватися у відповідь на це зовнішнє поле. Визначивши зміну магнітного поля або потоку, ви можете визначити наявність цих зовнішніх магнітних полів.

Застосування будь-якого магнітометра охоплює різні галузі, в яких магнітне поле є важливим. На заводах-виробниках та автоматизованих пристроях, які створюють і працюють на металевому обладнанні, магнітометр може це забезпечити машини підтримують відповідні напрямки, виконуючи такі дії, як свердління металів або різання матеріалів форму.

Лабораторії, які створюють та проводять дослідження зразкових матеріалів, повинні розуміти, як різні фізичні сили, такі як ефект Холла, вступають у дію під впливом магнітних полів. Вони можуть класифікувати магнітні моменти як діамагнітний, парамагнітний, феромагнітний або антиферомагнітний.

Діамагнітні матеріали не мають або мало неспарених електронів, тому не проявляють великої магнітної поведінки, парамагнітний у них є непарні електрони, щоб поля могли вільно текти, феромагнітний матеріал проявляє магнітність властивості за наявності зовнішнього поля із спінами електронів, паралельними магнітному домени та антиферомагнітний матеріали мають електронні спіни, паралельні їм.

Археологи, геологи та дослідники в подібних областях можуть виявити властивості матеріалів у фізиці та хімії, фігуруючи з'ясувати, як магнітне поле можна використовувати для визначення інших магнітних властивостей або як знаходити об'єкти глибоко під земним поверхні. Вони можуть дозволити дослідникам визначити місце розташування вугільних родовищ та скласти карту надр Землі. Військові професіонали вважають ці пристрої корисними для пошуку підводних човнів, а астрономи корисними для вивчення впливу на об’єкти в космосі магнітного поля Землі.