magnetometers (soms geschreven als "magnetometer") meten de sterkte en richting van het magnetische veld, meestal gegeven in eenheden van tesla. Aangezien metalen voorwerpen in contact komen met of in de buurt komen van het magnetische veld van de aarde, vertonen ze magnetische eigenschappen.

Voor materialen met een dergelijke samenstelling van metalen en metaallegeringen die elektronen en lading vrij laten stromen, worden magnetische velden afgegeven . Een kompas is een goed voorbeeld van een metalen voorwerp dat zo in interactie komt met het magnetische veld van de aarde dat de naald naar het magnetische noorden wijst.

Magnetometers meten ook de magnetische fluxdichtheid, de hoeveelheid magnetische flux over een bepaalde Oppervlakte. Je kunt flux zien als een net waarmee water erdoorheen kan stromen als je in de richting van de stroom van een rivier schuift. De flux meet hoeveel van het elektrische veld er op deze manier doorheen stroomt.

U kunt het magnetische veld van deze waarde bepalen als u het meet over een specifiek vlak oppervlak, zoals een rechthoekige plaat of een cilindrische behuizing. Hiermee kun je erachter komen hoe het magnetische veld dat een kracht op een object of een bewegend geladen deeltje uitoefent, afhankelijk is van de hoek tussen het gebied en het veld.
De sensor van de magnetometer

De sensor van een magneto meter detecteert de magnetische fluxdichtheid die kan worden omgezet in magnetisch veld. Onderzoekers gebruiken magnetometers om ijzerafzettingen in de aarde te detecteren door het magnetische veld te meten dat wordt afgegeven door verschillende rotsstructuren. Wetenschappers kunnen ook magnetometers gebruiken om de locaties van scheepswrakken en andere objecten onder de zee of onder de aarde te bepalen.

Een magnetometer kan vector of scalair zijn. Vectormagnetometers detecteren de fluxdichtheid in een specifieke richting in de ruimte, afhankelijk van hoe u deze oriënteert. Scalaire magnetometers, aan de andere kant, detecteren alleen de grootte of sterkte van de fluxvector, niet de hoek waarin deze wordt gemeten.
Gebruik van de magnetometer

Smartphones en andere mobiele telefoons gebruiken ingebouwde- in magnetometers om magnetische velden te meten en te bepalen welke richting het noorden is via de stroom van de telefoon zelf. Gewoonlijk zijn smartphones ontworpen met het doel multidimensionaal te zijn voor de toepassingen en functies die ze kunnen ondersteunen. Smartphones gebruiken ook de output van de versnellingsmeter en GPS-eenheid van een telefoon om de locatie en kompasrichtingen te bepalen.

Deze versnellingsmeters zijn ingebouwde apparaten die de positie en oriëntatie van smartphones kunnen bepalen, zoals de richting waarin u zich bevindt wijzen. Deze worden gebruikt in fitness-gebaseerde apps en GPS-diensten door te meten hoe snel uw telefoon versnelt. Ze werken met behulp van sensoren van microscopische kristalstructuren die precieze, minieme versnellingsveranderingen kunnen detecteren door de kracht te berekenen die erop wordt uitgeoefend.

Chemisch ingenieur Bill Hammack zei dat ingenieurs deze versnellingsmeters maken uit silicium zodat ze veilig blijven en stabiel in smartphones terwijl ze bewegen. Deze chips hebben een deel dat oscilleert, of heen en weer beweegt, dat seismische bewegingen detecteert. De mobiele telefoon kan de precieze beweging van een siliciumplaat in dit apparaat detecteren om de versnelling te bepalen. Magnetometers in materialen

Een magnetometer kan sterk variëren op hoe het werkt. Voor het eenvoudige voorbeeld van een kompas, lijnt de naald van een kompas zichzelf uit met het noorden van het magnetische veld van de aarde, zodat het, wanneer het in rust is, in evenwicht is. Dit betekent dat de som van de krachten die erop inwerken nul is en het gewicht van de eigen zwaartekracht van het kompas opheft met de magnetische kracht van de aarde die erop inwerkt. Hoewel het voorbeeld eenvoudig is, illustreert het de eigenschap van magnetisme waarmee andere magnetometers kunnen werken.

Elektronische kompassen kunnen bepalen welke richting het magnetische noorden is met behulp van fenomenen zoals het Hall-effect, magnetoinductie of mangetoresistance.
Fysica achter de magnetometer

Het Hall-effect betekent dat geleiders waar elektrische stromen doorheen stromen een spanning loodrecht op het veld en de stroomrichting creëren. Dat betekent dat magnetometers halfgeleidend materiaal kunnen gebruiken om stroom door te laten en te bepalen of een magnetisch veld in de buurt is. Het meet de manier waarop stroom wordt vervormd of gehoekt vanwege het magnetische veld, en de spanning waarbij dit optreedt is de Hall-spanning, die evenredig moet zijn met het magnetische veld.

Magneto-inductiemethoden meten daarentegen hoe gemagnetiseerd een materiaal is of wordt wanneer het wordt blootgesteld aan een extern magnetisch veld. Dit omvat het maken van demagnetisatiecurven, ook wel BH-krommen of hysteresecurven genoemd, die de magnetische flux en magnetische krachtsterkte door een materiaal meten wanneer ze worden blootgesteld aan een magnetisch veld.

Met deze krommen kunnen wetenschappers en ingenieurs materiaal classificeren dat apparaten zoals batterijen en elektromagneten omhoog in overeenstemming met hoe die materialen reageren op extern magnetisch veld. Ze kunnen bepalen welke magnetische flux en deze materialen ervaren wanneer ze worden blootgesteld aan de externe velden en ze classificeren op basis van magnetische sterkte.

Ten slotte zijn magnetoweerstandmethoden in magnetometers afhankelijk van het detecteren van het vermogen van een object om de elektrische weerstand te veranderen bij blootstelling aan een extern magnetisch veld. Net als magneto-inductietechnieken, maken magnetometers gebruik van de anisotrope magnetoweerstand (AMR) van ferromagneten, materialen die, nadat ze zijn onderworpen aan magnetisatie, magnetische eigenschappen vertonen, zelfs nadat de magnetisatie is verwijderd.

AMR houdt in dat wordt gedetecteerd tussen de richting van de elektrische stroom en magnetisatie in aanwezigheid van magnetisatie. Dit gebeurt als de spins van de elektronenorbitalen waaruit het materiaal bestaat zichzelf herverdelen in de aanwezigheid van een extern veld.

De elektronenspin is niet hoe een elektron daadwerkelijk ronddraait alsof het een tol of bal is, maar is eerder een intrinsieke kwantumeigenschap en een vorm van hoekmomentum. De elektrische weerstand heeft een maximale waarde wanneer de stroom parallel is aan een extern magnetisch veld zodat het veld op de juiste manier kan worden berekend.
Magnetometer Verschijnselen

De mangetoresistieve sensoren in magnetometers vertrouwen op fundamentele fysische wetten bij het bepalen van magnetisch veld. Deze sensoren vertonen het Hall-effect in aanwezigheid van magnetische velden, zodat de elektronen in hen in een boogvorm stromen. Hoe groter de straal van deze cirkelvormige, roterende beweging, hoe groter het pad dat de geladen deeltjes afleggen en hoe sterker het magnetische veld.

Met toenemende boogbewegingen heeft het pad ook een grotere weerstand, zodat het apparaat kan berekenen wat voor soort magnetisch veld deze kracht op het geladen deeltje zou uitoefenen.

Deze berekeningen hebben betrekking op de mobiliteit van dragers of elektronen, hoe snel een elektron door een metaal of halfgeleider kan bewegen in aanwezigheid van een extern magnetisch veld. In aanwezigheid van het Hall-effect wordt het soms de Hall-mobiliteit genoemd.

Wiskundig gezien is de magnetische kracht F
gelijk aan de lading van het deeltje q
tijd de kruisproduct van de snelheid van het deeltje v
en magnetisch veld B
. Het heeft de vorm van de Lorentz-vergelijking voor magnetisme F \u003d q (vx B)
waarin x
het kruisproduct is.
••• Syed Hussain Ather

If u wilt het kruisproduct tussen twee vectoren a
en b
bepalen, u kunt erachter komen dat de resulterende vector c
de grootte heeft van het parallellogram dat de twee vectoren spanwijdte. De resulterende kruisproductvector staat in de richting loodrecht op a
en b
gegeven door de rechterregel.

De rechterregel geeft aan dat, als u plaatst uw rechterwijsvinger in de richting van vector b en uw rechter middelvinger in de richting van vector a, de resulterende vector c
gaat in de richting van uw rechterduim. In het bovenstaande diagram wordt de relatie tussen de richtingen van deze drie vectoren weergegeven.
••• Syed Hussain Ather

De vergelijking van Lorentz vertelt je dat bij een groter elektrisch veld er meer elektrische kracht wordt uitgeoefend op een bewegend geladen deeltje in het veld. Je kunt ook drie vectoren magnetische kracht, magnetisch veld en snelheid van het geladen deeltje relateren via een rechterhand regel specifiek voor deze vectoren.

In het bovenstaande diagram komen deze drie hoeveelheden overeen met de natuurlijke manier waarop uw recht hand wijst in deze richtingen. Elke wijsvinger en middelvinger en duim komen overeen met een van de relaties.
Andere magnetometer Verschijnselen

Magnetometers kunnen ook magnetostrictie detecteren, een combinatie van twee effecten. De eerste is het Joule-effect, de manier waarop een magnetisch veld de samentrekking of expansie van een fysiek materiaal veroorzaakt. Het tweede is het Villari-effect, hoe het materiaal dat wordt blootgesteld aan externe stress verandert in hoe het reageert op magnetische velden.

Gebruikmakend van een magnetostrictief materiaal dat deze verschijnselen vertoont op manieren die gemakkelijk te meten zijn en van elkaar afhankelijk zijn, magnetometers kunnen nog nauwkeurigere en nauwkeurigere metingen van het magnetische veld uitvoeren. Omdat het magnetostrictieve effect erg klein is, moeten apparaten het indirect meten.
Nauwkeurige magnetometer-metingen

Fluxgate-sensoren geven een magnetometer nog meer precisie bij het detecteren van magnetische velden. Deze apparaten bestaan uit twee metalen spoelen met ferromagnetische kernen, materialen die, na te zijn onderworpen aan magnetisatie, magnetische eigenschappen vertonen, zelfs nadat de magnetisatie is verwijderd.

Wanneer u de magnetische flux of magnetisch veld bepaalt die het gevolg zijn van de kern, je kunt erachter komen welke stroom of verandering in stroom dit kan hebben veroorzaakt. De twee kernen worden naast elkaar geplaatst zodat de manier waarop de draden rond de ene kern worden gewikkeld de andere kern weerspiegelt.

Wanneer u een wisselstroom stuurt, een die de richting regelmatig omkeert, produceert u een magnetisch veld in beide kernen. De geïnduceerde magnetische velden moeten tegenover elkaar staan en elkaar opheffen als er geen extern magnetisch veld is. Als er een externe is, verzadigt de magnetische kern zichzelf in reactie op dit externe veld. Door de verandering in magnetisch veld of flux te bepalen, kunt u de aanwezigheid van deze externe magnetische velden bepalen.
De magnetometer in de praktijk

De toepassingen van elk magnetometerbereik over disciplines waarin magnetisch veld relevant is. In fabrieken en geautomatiseerde apparaten die metalen apparatuur maken en eraan werken, kan een magnetometer ervoor zorgen dat machines de juiste richting behouden wanneer ze acties uitvoeren, zoals door metalen boren of in vorm snijden van materialen.

Laboratoria die onderzoek maken en uitvoeren op voorbeeldmaterialen moeten begrijpen hoe verschillende fysieke krachten zoals het Hall-effect in het spel komen wanneer ze worden blootgesteld aan magnetische velden. Ze kunnen magnetische momenten classificeren als diamagnetisch, paramagnetisch, ferromagnetisch of antiferromagnetisch.

Diamagnetische materialen hebben geen of weinig ongepaarde elektronen, dus vertonen niet veel magnetisch gedrag, paramagnetische hebben ongepaarde elektronen om velden vrij te laten stromen, ferromagnetisch materiaal vertoont magnetische eigenschappen in aanwezigheid van een extern veld met de elektronspins evenwijdig aan de magnetische domeinen, en antiferromagnetische materialen hebben de elektronspins antiparallel aan hen.

Archeologen, geologen en onderzoekers in vergelijkbare gebieden kunnen eigenschappen detecteren van materialen in fysica en scheikunde door erachter te komen hoe het magnetische veld kan worden gebruikt om andere magnetische eigenschappen te bepalen of hoe objecten diep onder het aardoppervlak kunnen worden gelokaliseerd. Ze kunnen onderzoekers de locatie van kolenlagen laten bepalen en het binnenste van de aarde in kaart brengen. Militaire professionals vinden deze apparaten handig voor het lokaliseren van onderzeeërs en astronomen vinden ze nuttig om te onderzoeken hoe objecten in de ruimte worden beïnvloed door het magnetische veld van de aarde.