Sadržaj
- Senzor magnetometra
- Upotrebe magnetometra
- Magnetometri u materijalima
- Fizika iza magnetometra
- Fenomeni magnetometra
- Ostali fenomeni magnetometra
- Precizna mjerenja magnetometra
- Magnetometar u praksi
magnetometri(ponekad napisano kao "magneto mjerač") mjeri snagu i smjer magnetsko polje, obično dane u jedinicama tesla. Kako metalni predmeti dolaze u kontakt ili se približavaju Zemljinom magnetskom polju, pokazuju magnetska svojstva.
Za materijale takvog sastava metala i metalnih legura da elektroni i naboj puštaju slobodno teče magnetska polja. Kompas je dobar primjer metalnog predmeta koji ulazi u interakciju sa Zemljinim magnetskim poljem tako da igla usmjerava na magnetski sjever.
Magneometri također mjere gustoća magnetskog toka, količina magnetskog toka preko određenog područja. Fluks možete smatrati mrežom koja omogućuje protok vode kroz njega ako nagnete u smjeru struje rijeke. Fluks mjeri koliki dio električnog polja prolazi kroz njega na taj način.
Možete odrediti oblik magnetskog polja ovu vrijednost ako ga izmjerite na određenoj ravninskoj površini, poput pravokutnog lima ili cilindričnog kućišta. Ovo vam omogućuje da shvatite kako magnetsko polje koje djeluje na objekt ili pokretnu nabijenu česticu ovisi o kutu između područja i polja.
Senzor magnetometra
Senzor magnetometra detektira gustoću magnetskog toka koja se može pretvoriti u magnetsko polje. Istraživači koriste magnetometre za otkrivanje taloga željeza u Zemlji mjerenjem magnetskog polja odašiljenog različitim stijenama. Znanstvenici također mogu koristiti magnetometre za određivanje mjesta brodoloma i drugih objekata pod morem ili pod zemljom.
Magnetometar može biti vektorski ili skalarni. Vektorski magnetometri detektirajte gustoću toka u određenom smjeru u prostoru, ovisno o tome kako se orijentirate. Skalarni magnetometris druge strane detektirajte samo magnitudu ili jakost vektora fluksa, a ne položaj kuta pod kojim se mjeri.
Upotrebe magnetometra
Pametni telefoni i drugi mobiteli koriste ugrađene magnetometre za mjerenje magnetskih polja i određivanje koji je put sjeverniji od struje od samog telefona. Obično su pametni telefoni osmišljeni s ciljem da budu višedimenzionalni za aplikacije i značajke koje mogu podržavati. Pametni telefoni također koriste izlaz iz uređaja za akcelerometar i GPS jedinicu za određivanje smjera i smjera kompasa.
Ovi akcelerometri ugrađeni su u uređaje koji mogu odrediti položaj i orijentaciju pametnih telefona, kao što je smjer u kojem ste usmjereni. Koriste se u aplikacijama za fitness i GPS uslugama tako što mjere brzinu na kojoj telefon ubrzava. Oni djeluju pomoću senzora mikroskopskih kristalnih struktura koje mogu detektirati precizne, minutne promjene ubrzanja računajući silu koja djeluje na njih.
Kemijski inženjer Bill Hammack rekao je da inženjeri stvaraju ove akcelerometre od silicija kako bi ostali pametni i stabilni u pametnim telefonima dok se kreću. Ti čipovi imaju dio koji oscilira ili se kreće naprijed-nazad, koji otkrivaju seizmička kretanja. Mobitel može otkriti precizno kretanje silikonskog lima u ovom uređaju za određivanje ubrzanja.
Magnetometri u materijalima
Magnetometar može uvelike varirati o tome kako radi. Za jednostavni primjer kompasa, igla kompasa poravnava se sa zemljom magnetskog polja Zemlje tako da, kada je u mirovanju, bude u ravnoteži. To znači da je zbroj sila koje djeluju na njega jednake nuli, a težina kompasove vlastite gravitacije otkazuje se magnetskom silom Zemlje koja djeluje na nju. Iako je primjer jednostavan, on pokazuje svojstvo magnetizma koji omogućuje drugim magnetometrima da rade.
Elektronički kompasi mogu odrediti u kojem je pravcu magnetski sjever koristeći fenomene poput Hall efekt, magnetoinduction, ili mangetoresistance.
Fizika iza magnetometra
Hallov efekt znači da vodiči s električnom strujom koja teče kroz njih stvaraju napon okomit na polje i smjer struje. To znači da magnetometri mogu upotrebljavati poluvodički materijal za prolazak struje i utvrditi je li magnetsko polje u blizini.Ona mjeri način na koji je struja izobličena ili nagnuta zbog magnetskog polja, a napon na kojem se to događa je Napon hala, koji bi trebao biti proporcionalan magnetskom polju.
Magnetoinduction metode, nasuprot tome, mjere koliki je magnetizirani materijal ili kada je izložen vanjskom magnetskom polju. To uključuje stvaranje krivulje demagnetizacije, poznate i kao B-H krivulje ili histerezijske krivulje, koje mjere magnetski tok i snagu magnetske sile kroz materijal koji je izložen magnetskom polju.
Ove krivulje omogućuju znanstvenicima i inženjerima da klasificiraju materijal koji čini uređaje poput baterija i elektromagneta prema tome kako ti materijali reagiraju na vanjsko magnetsko polje. Oni mogu odrediti kakav magnetski tok i prisiliti na ove materijale kad su izloženi vanjskim poljima i klasificirati ih po magnetskoj snazi.
Konačno, magnetootpor metode u magnetometrima oslanjaju se na otkrivanje sposobnosti objekta da promijene električni otpor kada su izloženi vanjskom magnetskom polju. Slično magnetoindukcijskim tehnikama, magnetometri iskorištavaju anizotropni magnetski otpor (AMR) feromagneta, materijala koji nakon podvrgavanja magnetizaciji pokazuju magnetska svojstva čak i nakon uklanjanja magnetizacije.
AMR uključuje otkrivanje između smjera električne struje i magnetizacije u prisutnosti magnetizacije. To se događa kada se vrtnje elektronskih orbitala koje čine materijal preraspodjeljuju u prisutnosti vanjskog polja.
Spin elektrona nije način na koji se elektron zapravo vrti kao da se vrti ili kuglica koja se vrti, već je, zapravo, svojstveno kvantno svojstvo i oblik zamaha kutova. Električni otpor ima maksimalnu vrijednost kada je struja paralelna s vanjskim magnetskim poljem, tako da se polje može pravilno izračunati.
Fenomeni magnetometra
mangetorezivni senzori u magnetometrima se pri određivanju magnetskog polja oslanjaju na temeljne zakone fizike. Ovi senzori pokazuju Hallov efekt u prisutnosti magnetskih polja tako da elektroni unutar njih teku u obliku luka. Što je veći polumjer tog kružnog gibanja, to je veći put koji nabijaju čestice i jače je magnetsko polje.
S povećanim pokretima luka staza ima i veći otpor pa uređaj može izračunati kakvo bi magnetsko polje imalo ovu silu na nabijenu česticu.
Ovi izračuni uključuju mobilnost nosača ili elektrona, koliko brzo se elektron može kretati kroz metal ili poluvodič u prisutnosti vanjskog magnetskog polja. U prisustvu Hallovog efekta, ponekad se naziva i Mobilnost dvorane.
Matematički, magnetska sila F jednak je naboju čestice q vrijeme poprečnog produkta brzine čestica v i magnetsko polje B, Ona ima oblik Lorentzova jednadžba za magnetizam F = q (v x B) u kojem x je križni proizvod.
••• Syed Hussain AtherAko želite odrediti unakrsni proizvod između dva vektora i b, možete shvatiti da je rezultirajući vektor c ima veličinu paralelograma na koji se protežu dva vektora. Rezultirajući vektor proizvoda križnog proizvoda nalazi se u smjeru okomitom na i b dano pravilom desnice.
Pravilo desne ruke kaže vam da, ako desni kažiprst postavite u smjeru vektora b, a desni srednji prst u smjeru vektora a, rezultirajući vektor c ide u smjeru palca desne strane. Na gornjem dijagramu prikazan je odnos između ova tri smjera vektora.
Lorentzova jednadžba govori o tome da s većim električnim poljem djeluje veća električna sila na pokretnu nabijenu česticu u polju. Također možete povezati tri vektora magnetsku silu, magnetsko polje i brzinu nabijene čestice kroz desno pravilo posebno za ove vektore.
U gornjem dijagramu, ove tri količine odgovaraju prirodnom načinu na koji desna ruka pokazuje u tim smjerovima. Svaki indeks i srednji prst i palac odgovara jednom odnosu.
Ostali fenomeni magnetometra
Magnetometri također mogu otkriti magnetostrikcijski, kombinacija dva efekta. Prvi je Joule efekt, način na koji magnetsko polje izaziva kontrakciju ili širenje fizičkog materijala. Drugi je Villari efekt, kako se materijal izložen vanjskom stresu mijenja u načinu na koji reagira na magnetska polja.
Pomoću magnetostriktivnog materijala koji te pojave pokazuje na načine koje je lako izmjeriti i ovise jedan o drugom, magnetometri mogu napraviti još preciznija i preciznija mjerenja magnetskog polja. Budući da je magnetostriktivni učinak vrlo mali, uređaji ga trebaju posredno mjeriti.
Precizna mjerenja magnetometra
Senzori fluida daju magnetometru još veću preciznost u otkrivanju magnetskih polja. Ovi se uređaji sastoje od dvije metalne zavojnice s feromagnetskim jezgrama, materijala koji nakon podvrgavanja magnetizaciji pokazuju magnetska svojstva čak i nakon uklanjanja magnetizacije.
Kad utvrdite magnetski tok ili magnetsko polje koji proizlaze iz jezgre, možete shvatiti koja je struja ili promjena u struji to moglo uzrokovati. Dvije jezgre se postavljaju jedna pored druge, tako da način na koji se žice namotavaju oko jedne jezgre zrcali drugu.
Kad naizmjeničnu struju, onu koja u pravilnim intervalima mijenja smjer, stvarate magnetsko polje u obje jezgre. Indicirana magnetska polja trebaju se međusobno suprotstavljati i otkazivati se ako nema vanjskog magnetskog polja. Ako postoji vanjsko, magnetska jezgra će se zasićiti kao odgovor na ovo vanjsko polje. Određivanjem promjene magnetskog polja ili fluksa možete odrediti prisutnost tih vanjskih magnetskih polja.
Magnetometar u praksi
Primjene bilo kojeg magnetometra dosežu u disciplinama u kojima je magnetsko polje relevantno. U proizvodnim pogonima i automatiziranim uređajima koji stvaraju i rade na metalnoj opremi magnetometar može osigurati da strojevi održavaju odgovarajući smjer kad izvode radnje poput bušenja kroz metal ili rezanja materijala u oblik.
Laboratorije koje stvaraju i provode istraživanja na uzorcima materijala trebaju razumjeti kako različite fizičke sile poput Hallovog efekta dolaze u igru kada su izložene magnetskim poljima. Mogu se klasificirati magnetski trenuci kao dijamagnetska, paramagnetska, feromagnetska ili antiferromagnetska.
Dijagnostički materijali nema ili nema parnih elektrona, tako da ne pokazuju mnogo magnetskog ponašanja, paramagnetičan oni imaju nesparene elektrone kako bi polja slobodno tekla, feromagnetski materijal pokazuje magnetska svojstva u prisutnosti vanjskog polja s elektronskim okretima paralelnim s magnetskim domenima, i antiferomagnetskog materijali imaju elektronske vrtnje antiparalno prema njima.
Arheolozi, geolozi i istraživači u sličnim područjima mogu otkriti svojstva materijala iz fizike i kemije pronalazeći kako se magnetsko polje može koristiti za određivanje drugih magnetskih svojstava ili kako locirati predmete duboko ispod Zemljine površine. Oni mogu pustiti istraživače da odrede položaj ležišta ugljena i preslikaju unutrašnjost Zemlje. Vojni profesionalci smatraju ove uređaje korisnim za pronalaženje podmornica, a astronomi smatraju korisnim za istraživanje utjecaja objekata na svemir na magnetsko polje Zemlje.