"What Is a Magnetometer?

", 3, [[

Magnetometre (undertiden skrevet som "magnetomåler") måler styrke og retning af magnetfelt, normalt angivet i teslasenheder. Når metalgenstande kommer i kontakt med eller kommer tæt på Jordens magnetfelt, udviser de magnetiske egenskaber.

For materialer med en sådan sammensætning af metaller og metalliske legeringer, der lader elektroner og ladning flyde frit, frigives magnetiske felter . Et kompas er et godt eksempel på et metallisk objekt, der kommer i interaktion med jordens magnetfelt, så nålen peger mod det magnetiske nord.

Magnetometre måler også magnetisk flux-densitet, mængden af magnetisk flux over en bestemt areal. Du kan tænke på flux som et net, der lader vand strømme gennem det, hvis du vinkler i retning af en flods strøm. Fluxen måler hvor meget af det elektriske felt, der flyder gennem det på denne måde.

Du kan bestemme magnetfeltet fra denne værdi, hvis du måler det over en bestemt plan overflade, såsom et rektangulært ark eller et cylindrisk tilfælde. Dette giver dig mulighed for at finde ud af, hvordan magnetfelt, der udøver en kraft på et objekt eller en bevægelig ladet partikel, afhænger af vinklen mellem området og feltet.
Magnetometerets sensor

Sensoren til en magneto meter registrerer den magnetiske fluxdensitet, der kan konverteres til magnetisk felt. Forskere bruger magnetometre til at detektere jernaflejringer i Jorden ved at måle magnetfeltet afgivet af forskellige stenstrukturer. Forskere kan også bruge magnetometre til at bestemme placeringen af skibsvrag og andre objekter under havet eller under jorden.

Et magnetometer kan enten være vektor eller skalar. Vektormagnetometre registrerer fluxdensitet i en bestemt retning i rummet afhængigt af hvordan du orienterer den. Scalære magnetometre registrerer på den anden side kun størrelsen eller styrken af fluxvektoren, ikke den vinkelposition, hvorpå den måles.
Brug af magnetometret

Smartphones og andre mobiltelefoner bruger indbyggede- i magnetometre for at måle magnetiske felter og bestemme, hvilken vej der er nord gennem strømmen fra selve telefonen. Normalt er smartphones designet med det formål at være flerdimensionale til de applikationer og funktioner, de kan understøtte. Smartphones bruger også output fra en telefons accelerometer og GPS-enhed til at bestemme placering og kompasretninger.

Disse accelerometre er indbyggede enheder, der kan bestemme placeringen og orienteringen af smarttelefoner, f.eks. peger på det. Disse bruges i fitnessbaserede apps og GPS-tjenester ved at måle, hvor hurtigt din telefon accelererer. De arbejder ved at bruge sensorer af mikroskopiske krystalkonstruktioner, der kan registrere præcise, øjeblikkelige ændringer i acceleration ved at beregne den kraft, der udøves på dem.

Kemisk ingeniør Bill Hammack sagde, at ingeniører skaber disse accelerometre af silicium, så de forbliver sikre og stabil i smartphones, mens de bevæger sig. Disse chips har en del, der svinger eller bevæger sig frem og tilbage, der detekterer seismiske bevægelser. Mobiltelefonen kan registrere den nøjagtige bevægelse af et siliciumark i denne enhed for at bestemme acceleration.
Magnetometre i materialer

Et magnetometer kan variere meget, hvordan det fungerer. For det enkle eksempel på et kompas, justerer et kompas nål sig mod nord for jordens magnetfelt, så når det er i hvile, er det i balance. Dette betyder, at summen af de kræfter, der virker på den, er nul, og vægten af kompassets egen tyngdekraft annulleres med den magnetiske kraft fra Jorden, der virker på den. Selvom eksemplet er enkelt, illustrerer det egenskaben ved magnetisme, der lader andre magnetometre arbejde.

Elektroniske kompasser kan bestemme, hvilken retning er det magnetiske nord ved hjælp af fænomener som Hall-effekten, magnetoinduktion eller mangetoresistens.
Fysik bag magnetometret

Hall-effekten betyder ledere, der har elektriske strømme, der strømmer gennem dem, skaber en spænding vinkelret på feltets og retningen af strømmen. Det betyder, at magnetometre kan bruge halvledende materiale til at føre strøm igennem og bestemme, om et magnetfelt er i nærheden. Den måler måden, hvorledes strømmen er forvrænget eller vinklet på grund af magnetfeltet, og den spænding, som dette sker, er Hall-spændingen, som skal være proportional med magnetfeltet.

Magnetinduktionsmetoder, derimod, måle, hvordan magnetiseret et materiale er eller bliver, når det udsættes for et eksternt magnetfelt. Dette involverer oprettelse af afmagnetiseringskurver, også kendt som BH-kurver eller hysterese-kurver, der måler magnetisk flux og magnetisk kraftstyrke gennem et materiale, når de udsættes for et magnetfelt.

Disse kurver lader forskere og ingeniører klassificere materiale, der fremstiller op enheder som batterier og elektromagneter alt efter, hvordan disse materialer reagerer på det ydre magnetfelt. De kan bestemme, hvilken magnetisk flux og kraft disse materialer oplever, når de udsættes for de ydre felter og klassificere dem efter magnetisk styrke.

Endelig er magnetoresistensmetoder i magnetometre afhængige af at registrere et objekts kapacitet til at ændre elektrisk modstand, når de udsættes for en ydre magnetfelt. På lignende måde som magnetoinduktionsteknikker, udnytter magnetometre den anisotropiske magnetoresistens (AMR) af ferromagneter, materialer, der, efter at de har været udsat for magnetisering, viser magnetiske egenskaber, selv efter at magnetiseringen er fjernet.

AMR involverer detektion mellem retningen af elektrisk strøm og magnetisering i nærvær af magnetisering. Dette sker, når spinserne på elektronorbundene, der udgør materialet, distribuerer sig selv i nærværelse af et eksternt felt.

Elektronsnurret er ikke, hvordan et elektron faktisk spinder som om det var en spindende top eller kugle, men er snarere en iboende kvanteegenskab og en form for vinkelmoment. Den elektriske modstand har en maksimal værdi, når strømmen er parallel med et eksternt magnetfelt, så feltet kan beregnes korrekt.
Magnetometer Phenomena

De mangetoresistive sensorer i magnetometre er afhængige af grundlæggende fysiske love for at bestemme magnetfelt. Disse sensorer udviser Hall-effekten i nærvær af magnetiske felter, således at elektronerne i dem flyder i en bueform. Jo større radius denne cirkulære, roterende bevægelse er, jo større er banen, de ladede partikler tager, og jo stærkere er magnetfeltet.

Med stigende buebevægelser har banen en større modstand så anordningen kan beregne hvad slags magnetfelt ville udøve denne kraft på den ladede partikel.

Disse beregninger involverer bæreren eller elektronmobiliteten, hvor hurtigt et elektron kan bevæge sig gennem et metal eller en halvleder i nærvær af et eksternt magnetfelt. I nærværelse af Hall-effekten kaldes det undertiden Hall-mobilitet.

Matematisk er den magnetiske kraft F
lig med ladningen af partiklen q
tid den krydsprodukt af partiklens hastighed v
og magnetfelt B
. Det tager form af Lorentz-ligningen for magnetisme F \u003d q (vx B)
hvor x
er korsproduktet.
••• Syed Hussain Ather

If du ønsker at bestemme krydsproduktet mellem to vektorer a
og b
, kan du finde ud af, at den resulterende vektor c
har størrelsen af parallelogrammet, som de to vektorer spænder. Den resulterende tværproduktvektor er i retningen vinkelret på a
og b
givet af højre-reglen.

Højre-reglen fortæller dig, at hvis du placerer din højre pegefinger i retning af vektor b og din højre langfingre i retning af vektor a, den resulterende vektor c
går i retning af din højre tommelfinger. I diagrammet ovenfor vises forholdet mellem disse tre vektorers retninger.
••• Syed Hussain Ather

Lorentz-ligningen fortæller dig, at med større elektrisk felt, er der mere elektrisk kraft, der udøves på en bevægelig ladet partikel i marken. Du kan også relatere tre vektorers magnetiske kraft, magnetfelt og hastighed for den ladede partikel gennem en højre regel specifikt for disse vektorer.

I ovenstående diagram svarer disse tre mængder til den naturlige måde, som din højre håndpunkter i disse retninger. Hver pegefinger og langfingre og tommelfinger svarer til et af forholdet.
Andet magnetometerfenomen

Magnetometre kan også registrere magnetostriktion, en kombination af to effekter. Den første er Joule-effekten, som et magnetisk felt forårsager sammentrækning eller udvidelse af et fysisk materiale. Den anden er Villari-effekten, hvordan materialet, der udsættes for ekstern stress, ændrer sig i, hvordan det reagerer på magnetiske felter.

Brug af et magnetostriktivt materiale, der udviser disse fænomener på måder, der er lette at måle og afhænge af hinanden, magnetometre kan foretage endnu mere præcise og præcise målinger af magnetfelt. Fordi den magnetostriktive effekt er meget lille, er enheder nødt til at måle den indirekte.
Præcise magnetometermålinger <<> Fluxgate sensorer giver et magnetometer endnu mere præcision til at registrere magnetiske felter. Disse enheder består af to metalspiraler med ferromagnetiske kerner, materialer, der, efter at de har været udsat for magnetisering, viser magnetiske egenskaber, selv efter at magnetiseringen er fjernet.

Når du bestemmer den magnetiske flux eller magnetfelt, der er resultatet af kerne, kan du finde ud af, hvad strøm eller ændret i strøm der måtte have forårsaget det. De to kerner er placeret ved siden af hinanden, således at den måde, hvorpå ledningerne vikles omkring den ene kerne, spejler den anden.

Når du sender en vekselstrøm, en der vender sin retning med regelmæssige intervaller, producerer du en magnetfelt i begge kerner. De inducerede magnetfelter skal modsat hinanden og annullere hinanden, hvis der ikke er noget eksternt magnetfelt. Hvis der er en ekstern en, mættes den magnetiske kerne som reaktion på dette eksterne felt. Ved at bestemme ændringen i magnetfelt eller flux, kan du bestemme tilstedeværelsen af disse eksterne magnetfelter.
Magnetometeret i praksis

Anvendelsen af ethvert magnetometerområde på tværs af discipliner, hvor magnetfeltet er relevant. Ved fremstilling af fabrikker og automatiserede enheder, der skaber og arbejder med metallisk udstyr, kan et magnetometer sikre, at maskiner opretholder passende retning, når de udfører handlinger som f.eks. Boring gennem metaller eller skæring af materialer i form.

Laboratorier, der skaber og udfører forskning på prøvematerialer er nødt til at forstå, hvordan forskellige fysiske kræfter, såsom Hall-effekten, kommer i spil, når de udsættes for magnetiske felter. De kan klassificere magnetiske øjeblikke som diamagnetiske, paramagnetiske, ferromagnetiske eller antiferromagnetiske.

Diamagnetiske materialer har ingen eller få uparrede elektroner, så de udviser ikke meget magnetisk opførsel, paramagnetiske har ikke parrede elektroner for at lade felter flyde frit, ferromagnetiske materiale viser magnetiske egenskaber i nærvær af et eksternt felt med elektronsnurrene parallelt med de magnetiske domæner, og antiferromagnetiske materialer har elektronspinnerne antiparallelt til dem.

Arkæologer, geologer og forskere i lignende områder kan opdage egenskaber ved materialer i fysik og kemi ved at finde ud af, hvordan magnetfeltet kan bruges til at bestemme andre magnetiske egenskaber, eller hvordan man kan lokalisere genstande dybt under jordoverfladen. De kan lade forskere bestemme placeringen af kulaflejringer og kortlægge Jordens indre. Militære fagfolk finder disse enheder nyttige til at lokalisere ubåde, og astronomer finder dem fordelagtige til at udforske, hvordan genstande i rummet påvirkes af jordens magnetfelt.