Шта је магнетометар?

Садржај

• Сензор магнетометра
• Употреба магнетометра
• Магнетометри у материјалима
• Физика иза магнетометра
• Феномени магнетометра
• Остали феномени магнетометра
• Прецизна мерења магнетометра
• Магнетометар у пракси

Магнетометри(понекад написано као "магнетометар") мере снагу и смер магнетно поље, обично се дају у јединицама тесла. Док метални предмети долазе у контакт или се приближавају магнетном пољу Земље, они показују магнетна својства.

Код материјала са таквим саставом метала и металних легура који пуштају електроне и наелектрисање слободно тече магнетно поље. Компас је добар пример металног предмета који улази у интеракцију са Земљиним магнетним пољем тако да игла показује ка магнетном северу.

Магнетометри такође мере густина магнетног флукса, количина магнетног тока преко одређеног подручја. Флукс можете да сматрате мрежом која омогућује проток воде кроз њега ако нагнете у правцу струје реке. Флукс мери колики део електричног поља тече кроз њега на тај начин.

Можете одредити облик магнетног поља ако га измерите на одређеној равнинској површини, попут правокутног лима или цилиндричног кућишта. Ово вам омогућава да схватите како магнетно поље које врши силу на објект или покретну наелектрисану честицу зависи од угла између подручја и поља.

Сензор магнетометра

Сензор магнетометра детектира густину магнетног тока која се може претворити у магнетно поље. Истраживачи користе магнетометре за откривање лежишта гвожђа у Земљи мерењем магнетног поља које испуштају различите структуре стене. Научници такође могу да користе магнетометре за одређивање локација олупине бродова и других објеката под морем или под земљом.

Магнетометар може бити векторски или скаларни. Векторски магнетометри детектујте густину протока у одређеном правцу у простору, зависно од тога како се усмерите. Скаларни магнетометрис друге стране детектирајте само магнитуду или снагу вектора флукса, а не положај угла под којим је мерена.

Употреба магнетометра

Паметни телефони и други мобилни телефони користе уграђене магнетометре за мерење магнетних поља и одређивање који је смер севернији од струје самог телефона. Обично су паметни телефони осмишљени тако да буду вишедимензионални за апликације и функције које могу да подржавају. Паметни телефони такође користе излаз из акцелерометра за телефон и ГПС јединице за одређивање локације и смера компаса.

Ови акцелерометри су уграђени уређаји који могу одредити положај и оријентацију паметних телефона, као што је правац на који га усмеравате. Користе се у апликацијама за физичку употребу и ГПС услугама тако што мере колико брзо ваш телефон убрзава. Они раде употребом сензора микроскопских кристалних структура који могу открити прецизне, минутне промене убрзања, рачунајући силу која делује на њих.

Хемијски инжењер Билл Хаммацк рекао је да инжењери стварају ове акцелерометре од силикона тако да остају сигурни и стабилни у паметним телефонима док се крећу. Ови чипови имају део који осцилира или се креће напред-назад, који откривају сеизмичка кретања. Мобител може да препозна тачно кретање силиконског лима у овом уређају за одређивање убрзања.

Магнетометри у материјалима

Магнетометар може увелике варирати о томе како функционише. За једноставан пример компаса, игла компаса поравнава се са севером Земљине магнетне поља тако да, када је у мировању, буде у равнотежи. То значи да је зброј сила које делују на њега једнаке нули, а тежина компасове сопствене гравитације отказује се магнетном силом Земље која делује на њу. Иако је пример једноставан, он илуструје својство магнетизма које омогућује другим магнетометрима да раде.

Електронски компаси могу одредити у ком је смеру магнетни север користећи феномене попут Халл ефекат, магнетоиндукција, или мангеторесистанце.

Физика иза магнетометра

Халлов ефекат значи да проводници са електричним струјама које теку кроз њих стварају напон окомит на поље и смер струје. То значи да магнетометри могу користити полуводички материјал да прођу струју и утврде да ли је магнетно поље у близини.Он мери начин на који је струја изобличена или нагнута због магнетног поља, а напон на коме се то догађа је Напон хала, који треба да буде пропорционалан магнетном пољу.

Магнетоиндукција методе, насупрот томе, мере колики је магнетизовани материјал или када је изложен спољном магнетном пољу. Ово укључује стварање кривуље демагнетизације, познате и као Б-Х кривуље или хистерезе, које мере магнетни ток и снагу магнетне силе кроз материјал када су изложени магнетном пољу.

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

Напокон, магнетна отпорност методе у магнетометрима ослањају се на откривање капацитета објеката да промене електрични отпор када су изложени спољном магнетном пољу. Слично магнетоиндукцијским техникама, магнетометри искориштавају ове анизотропни магнетни отпор (АМР) феромагнета, материјала који након подвргавања магнетизацији показују магнетна својства чак и након уклањања магнетизације.

АМР укључује детекцију између смера електричне струје и магнетизације у присуству магнетизације. То се дешава када се спинови електронских орбитала који чине материјал прерасподеле у присуству спољног поља.

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

Феномени магнетометра

Тхе мангеторезивни сензори магнетометри се у одређивању магнетног поља ослањају на основне законе физике. Ови сензори показују Халлов ефекат у присуству магнетних поља тако да електрони унутар њих теку у облику лука. Што је већи радијус овог кружног кретања, већи је пут који наелектрисане честице воде и јаче је магнетно поље.

Са повећањем кретања лука, путања има већи отпор, тако да уређај може израчунати која ће врста магнетног поља извршити ову силу на набијену честицу.

Ова израчунавања укључују мобилност носача или електрона, колико брзо се електрон може кретати кроз метал или полуводич у присуству спољног магнетног поља. У присуству Халловог ефекта, понекад се назива и Мобилност хала.

Математички, магнетна сила Ф је једнак наелектрисању честице к време попречног продукта брзине честица в и магнетно поље Б. Она је у облику Лорентзова једначина за магнетизам Ф = к (в к Б) у којима Икс је унакрсни производ.

••• Сиед Хуссаин Атхер

Ако желите одредити унакрсни производ између два вектора а и б, можете схватити да је резултирајући вектор ц има јачину паралелограма у распону два вектора. Добијени вектор производа је у правцу окомитом на а и б дано правилом деснице.

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

••• Сиед Хуссаин Атхер

Лорентзова једначина говори о томе да с већим електричним пољем постоји већа електрична сила на покретну наелектрисану честицу у пољу. Такође можете повезати три вектора магнетну силу, магнетно поље и брзину наелектрисане честице кроз десно правило посебно за ове векторе.

У горњем дијаграму, ове три количине одговарају природном начину на који десна рука показује у овим правцима. Сваки индекс и средњи прст и палац одговарају једном односу.

Остали феномени магнетометра

Магнетометри такође могу да открију магнетострикција, комбинација два ефекта. Прво је Јоуле ефекат, начин на који магнетно поље изазива контракцију или ширење физичког материјала. Други је Виллари ефекат, како се материјал изложен спољном стресу мења у начину на који реагује на магнетна поља.

Користећи магнетостриктивни материјал који ове појаве показује на начине које је лако измерити и зависе један од другог, магнетометри могу направити још прецизнија и тачнија мерења магнетног поља. Пошто је магнетостриктивни ефекат врло мали, уређаји га морају посредно мерити.

Прецизна мерења магнетометра

Сензори флуида дају магнетометру још већу прецизност у детекцији магнетних поља. Ови уређаји се састоје од две металне завојнице са феромагнетским језграма, материјала који, након што су подвргнути магнетизацији, показују магнетна својства чак и након уклањања магнетизације.

Када одредите магнетни ток или магнетно поље који настају из језгре, можете установити шта је струја или промена струје могла да га проузрокује. Две језгре се постављају једна поред друге тако да се начин на који се жице намотавају око једног језгра огледало други.

Када наизменичну струју, ону која у правим интервалима мења смер, правите магнетно поље у обе језгре. Индукована магнетна поља треба да се супротстављају једна другој и да откажу једна другу ако нема спољног магнетног поља. Ако постоји спољно, магнетно језгро ће се засићити као одговор на ово спољно поље. Одређивањем промене магнетног поља или флукса можете одредити присуство тих спољних магнетних поља.

Магнетометар у пракси

Примене било ког магнетометра у различитим дисциплинама у којима је магнетно поље релевантно. У производним погонима и аутоматизованим уређајима који стварају и раде на металној опреми, магнетометар може осигурати да машине одржавају одговарајући смер приликом обављања радњи попут бушења кроз метал или сечења материјала у облик.

Лабораторије које креирају и врше истраживања на узорку материјала морају да схвате како различите физичке силе, као што је Халлов ефекат, играју када се изложе магнетним пољима. Они могу да класификују магнетни моменти као дијамагнетни, парамагнетни, феромагнетски или антиферромагнетски.

Дијагностички материјали немају или имају пар непарних електрона, тако да не показују много магнетно понашање, парамагнетичан они имају неспарене електроне како би поља слободно текла, феромагнетни материјал показује магнетна својства у присуству спољног поља са спиновима електрона паралелним са магнетним доменима, и антиферромагнетски материјали имају електронске спинове антипаралне према њима.

Археолози, геолози и истраживачи у сличним областима могу открити својства материјала у физици и хемији проналазећи како се магнетно поље може користити за одређивање других магнетних својстава или како лоцирати предмете дубоко испод површине Земље. Они могу пустити истраживаче да одреде локацију лежишта угља и пресликају унутрашњост Земље. Војни професионалци сматрају ове уређаје корисним за лоцирање подморница, а астрономи им сматрају корисним за истраживање начина на који објекти у свемиру утичу на магнетно поље Земље.