• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Vad är en magnetometer?

    Magnetometrar (ibland skrivna som "magnetomätare") mäter styrka och riktning för magnetfältet, vanligtvis ges i enheter av teslas. När metalliska föremål kommer i kontakt med eller kommer nära jordens magnetfält, uppvisar de magnetiska egenskaper.

    För material med sådan sammansättning av metaller och metalllegeringar som låter elektroner och laddning flyta fritt, magnetiska fält avges . En kompass är ett bra exempel på ett metalliskt föremål som kommer i interaktion med jordens magnetfält så att nålen pekar mot det magnetiska norret.

    Magnetmätare mäter också magnetflödestätheten, mängden magnetiskt flöde över en viss område. Du kan tänka på flöde som ett nät som låter vatten rinna genom det om du vinklar i riktning mot en flodström. Flödet mäter hur mycket av det elektriska fältet som rinner genom det på detta sätt.

    Du kan bestämma magnetfältet från detta värde om du mäter det över en specifik plan yta, t.ex. ett rektangulärt ark eller ett cylindriskt fall. Detta låter dig räkna ut hur magnetfält som utövar en kraft på ett föremål eller en rörlig laddad partikel beror på vinkeln mellan området och fältet.
    Magnetometerns sensor |

    Sensorn till en magneto meter detekterar magnetisk flödestäthet som kan omvandlas till magnetfält. Forskare använder magnetometrar för att upptäcka järnavlagringar i jorden genom att mäta magnetfältet som avges av olika bergstrukturer. Forskare kan också använda magnetometrar för att bestämma var det finns skeppsbrott och andra föremål under havet eller under jorden.

    En magnetometer kan antingen vara vektor eller skalar. Vektormagnetometrar upptäcker flödestätheten i en specifik riktning i rymden beroende på hur du orienterar den. Scalära magnetometrar upptäcker å andra sidan bara storleken eller styrkan hos flödesvektorn, inte den vinkelposition som den mäts.
    Användning av magnetometern

    Smarttelefoner och andra mobiltelefoner använder inbyggda- i magnetometrar för att mäta magnetfält och bestämma vilken väg som är norrut genom strömmen från själva telefonen. Vanligtvis är smartphones designade i syfte att vara flerdimensionella för de applikationer och funktioner de kan stödja. Smarttelefoner använder också utgången från en telefons accelerometer och GPS-enhet för att bestämma plats- och kompassriktningar.

    Dessa accelerometrar är inbyggda enheter som kan bestämma position och orientering för smarta telefoner, till exempel vilken riktning du är pekar på det. Dessa används i fitnessbaserade appar och GPS-tjänster genom att mäta hur snabbt din telefon accelererar. De arbetar med sensorer av mikroskopiska kristallstrukturer som kan upptäcka exakta, minutiska förändringar i acceleration genom att beräkna kraften som utövas på dem.

    Kemisk ingenjör Bill Hammack sa att ingenjörer skapar dessa accelerometrar av kisel så att de förblir säkra och stabil i smartphones medan de rör sig. Dessa chips har en del som oscillerar, eller rör sig fram och tillbaka, som upptäcker seismiska rörelser. Mobiltelefonen kan upptäcka den exakta rörelsen hos ett kiselark i den här enheten för att bestämma acceleration.
    Magnetometrar i material |

    En magnetometer kan variera mycket beroende på hur den fungerar. För det enkla exemplet på en kompass, justerar en kompass nål sig med norr om jordens magnetfält så att när det är i vila är det i jämvikt. Detta betyder att summan av krafterna som verkar på den är noll och vikten av kompassens egen tyngd avbryter med den magnetiska kraften från jorden som verkar på den. Även om exemplet är enkelt, illustrerar det egenskaperna hos magnetism som låter andra magnetometrar fungera.

    Elektroniska kompasser kan bestämma vilken riktning som är den magnetiska norr med fenomen som Hall-effekten, magnetoinduktion eller mangetoresistens.
    Fysik bakom magnetometern

    Hall-effekten betyder ledare som har elektriska strömmar som strömmar genom dem skapar en spänning vinkelrätt mot fältet och riktningen för strömmen. Det betyder att magnetometrar kan använda halvledande material för att leda ström genom och bestämma om ett magnetfält är i närheten. Den mäter hur strömmen är förvrängd eller vinklad på grund av magnetfältet, och den spänning som detta inträffar är Hall-spänningen, som borde vara proportionell mot magnetfältet.

    Magnetinduktionsmetoder, däremot, mäta hur magnetiserat ett material är eller blir när det utsätts för ett yttre magnetfält. Detta innebär att skapa avmagnetiseringskurvor, även kända som BH-kurvor eller hystereskurvor, som mäter magnetiskt flöde och magnetisk kraftstyrka genom ett material när de utsätts för ett magnetfält.

    Dessa kurvor låter forskare och ingenjörer klassificera material som gör upp enheter som batterier och elektromagneter beroende på hur dessa material reagerar på yttre magnetfält. De kan bestämma vilket magnetiskt flöde och kraft som dessa material upplever när de utsätts för de yttre fälten och klassificera dem efter magnetisk styrka. yttre magnetfält. På liknande sätt som magnetoinduktionstekniker utnyttjar magnetometrar anisotropisk magnetoresistens (AMR) hos ferromagneter, material som, efter att ha utsatts för magnetisering, visar magnetiska egenskaper även efter att magnetiseringen har tagits bort.

    AMR innebär detektering mellan elektrisk riktning ström och magnetisering i närvaro av magnetisering. Detta händer när spinnen i elektronbana som utgör materialet distribuerar sig själva i närvaro av ett yttre fält.

    Elektronsnurret är inte hur en elektron faktiskt snurrar som om det var en snurrande topp eller boll, men är snarare en iboende kvantegenskap och en form av vinkelmoment. Det elektriska motståndet har ett maximivärde när strömmen är parallell med ett yttre magnetfält så att fältet kan beräknas på lämpligt sätt.
    Magnetometer Fenomena

    De mangetoresistiva sensorerna i magnetometrar förlitar sig på grundläggande fysiska lagar för att bestämma magnetiskt fält. Dessa sensorer uppvisar Hall-effekten i närvaro av magnetfält så att elektronerna inom dem flyter i en bågeform. Ju större radien för denna cirkulära, roterande rörelse, desto större är den väg som de laddade partiklarna tar och desto starkare är magnetfältet.

    Med ökande bågrörelser har banan ett större motstånd så att enheten kan beräkna vilken typ av magnetfält skulle utöva denna kraft på den laddade partikeln.

    Dessa beräkningar involverar bäraren eller elektronrörligheten, hur snabbt en elektron kan röra sig genom en metall eller halvledare i närvaro av ett yttre magnetfält. I närvaro av Hall-effekten kallas det ibland Hall-rörlighet.

    Matematiskt är den magnetiska kraften F
    lika med laddningen för partikeln q och tiden för korsprodukt av partikelns hastighet v
    och magnetfält B
    . Det har formen av Lorentz-ekvationen för magnetism F \u003d q (vx B)
    där x
    är korsprodukten.
    ••• Syed Hussain Ather

    If vill du bestämma tvärprodukten mellan två vektorer a
    och b
    , kan du räkna ut att den resulterande vektorn c
    har storleken på det parallellogram som de två vektorer spänner. Den resulterande tvärproduktvektorn är i riktningen vinkelrätt mot a
    och b
    som ges av högerregeln.

    Den högra regeln säger att om placerar du höger pekfingret i riktning på vektor b och höger långfingert i riktning på vektor a, den resulterande vektorn c
    går i riktningen på din högra tumme. I diagrammet ovan visas förhållandet mellan dessa tre vektors riktningar.
    ••• Syed Hussain Ather

    Lorentz-ekvationen berättar att med större elektriskt fält finns det mer elektrisk kraft som utövas på en rörlig laddad partikel i fältet. Du kan också relatera tre vektorer magnetisk kraft, magnetfält och hastighet för den laddade partikeln genom en högerregel specifikt för dessa vektorer.

    I ovanstående diagram motsvarar dessa tre mängder det naturliga sättet som din rätt "hand points in these directions.", 3, [[Varje pek- och långfinger och tumme motsvarar en av förhållandena.
    Andra magnetometerfenomen

    Magnetometrar kan också upptäcka magnetostriktion, en kombination av två effekter. Den första är Joule-effekten, hur ett magnetfält orsakar sammandragning eller expansion av ett fysiskt material. Den andra är Villari-effekten, hur materialet som utsätts för yttre spänningar förändras i hur det reagerar på magnetfält.

    Använda ett magnetostriktivt material som uppvisar dessa fenomen på sätt som är lätta att mäta och beror på varandra, magnetometrar kan göra ännu mer exakta och exakta mätningar av magnetfältet. Eftersom den magnetostriktiva effekten är mycket liten, behöver enheter mäta den indirekt.
    Exakta magnetmätare Mätningar

    Fluxgatsensorer ger en magnetometer ännu mer precision när det gäller magnetfält. Dessa enheter består av två metallspolar med ferromagnetiska kärnor, material som, efter att ha utsatts för magnetisering, visar magnetiska egenskaper även efter att magnetiseringen har tagits bort.

    När du bestämmer magnetflödet eller magnetfältet som är resultatet av kärnan, kan du ta reda på vad nuvarande eller förändrade i strömmen kan ha orsakat det. De två kärnorna placeras bredvid varandra så att trådarna lindas runt en kärna speglar den andra.

    När du skickar en växelström, en som vänder sin riktning med jämna mellanrum, producerar du en magnetfält i båda kärnorna. De inducerade magnetfälten bör stå emot varandra och avbryta varandra om det inte finns något yttre magnetfält. Om det finns en extern, kommer den magnetiska kärnan att mättas själv som svar på detta yttre fält. Genom att bestämma förändringen i magnetfält eller flöde kan du bestämma närvaron av dessa yttre magnetfält.
    Magnetometern i praktik.

    Tillämpningarna av alla magnetometerområden över discipliner där magnetfältet är relevant. Vid tillverkning av anläggningar och automatiserade enheter som skapar och arbetar med metallutrustning kan en magnetometer säkerställa att maskiner upprätthåller lämplig riktning när de utför åtgärder som borrning genom metaller eller skärande material i form.

    Laboratorier som skapar och utför forskning på provmaterial måste förstå hur olika fysiska krafter som Hall-effekten spelar in när de utsätts för magnetfält. De kan klassificera magnetiska ögonblick som diamagnetiska, paramagnetiska, ferromagnetiska eller antiferromagnetiska.

    Diamagnetiska material har inga eller få oparade elektroner, så de uppvisar inte mycket magnetiskt beteende, paramagnetiska har oparade elektroner för att låta fält flyta fritt, ferromagnetiska material visar magnetiska egenskaper i närvaro av ett yttre fält med elektronsnurr parallellt med magnetområdena, och antiferromagnetiska material har elektronspinn antiparallellt till dem.

    Arkeologer, geologer och forskare i liknande områden kan upptäcka egenskaper hos material i fysik och kemi genom att räkna ut hur magnetfältet kan användas för att bestämma andra magnetiska egenskaper eller hur man hittar föremål djupt under jordens yta. De kan låta forskare bestämma platsen för kolavlagringar och kartlägga jordens inre. Militära yrkesverksamma tycker att dessa enheter är användbara för att hitta ubåtar, och astronomer tycker att de är fördelaktiga för att utforska hur föremål i rymden påverkas av jordens magnetfält.

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com