I magnetometri (a volte scritti come "magnetometri") misurano la forza e la direzione del campo magnetico, di solito dato in unità di tesla. Quando gli oggetti metallici entrano in contatto o si avvicinano al campo magnetico terrestre, esibiscono proprietà magnetiche.

Per materiali con tale composizione di metalli e leghe metalliche che lasciano fluire elettroni e cariche liberamente, i campi magnetici vengono emessi . Una bussola è un buon esempio di un oggetto metallico che entra in interazioni con il campo magnetico terrestre in modo tale che l'ago punti verso il nord magnetico.

I magnetometri misurano anche la densità del flusso magnetico, la quantità di flusso magnetico su un certo la zona. Puoi pensare al flusso come a una rete che consente all'acqua di fluire attraverso di essa se inclini nella direzione della corrente di un fiume. Il flusso misura la quantità del campo elettrico che fluisce attraverso di esso in questo modo.

È possibile determinare il campo magnetico da questo valore se lo si misura su una superficie planare specifica come un foglio rettangolare o un caso cilindrico. Questo ti permette di capire come il campo magnetico che esercita una forza su un oggetto o una particella carica in movimento dipende dall'angolo tra l'area e il campo.
Il sensore del magnetometro

Il sensore di un magneto Il misuratore rileva la densità del flusso magnetico che può essere convertita in campo magnetico. I ricercatori usano i magnetometri per rilevare i depositi di ferro nella Terra misurando il campo magnetico emesso da varie strutture di roccia. Gli scienziati possono anche utilizzare i magnetometri per determinare la posizione dei naufragi e di altri oggetti sotto il mare o sotto la terra.

Un magnetometro può essere vettoriale o scalare. I magnetometri vettoriali rilevano la densità del flusso in una direzione specifica nello spazio a seconda di come la orientate. I magnetometri scalari, d'altra parte, rilevano solo la grandezza o la forza del vettore di flusso, non la posizione dell'angolo in cui viene misurata.
Usi del magnetometro

Smartphone e altri telefoni cellulari usano- nei magnetometri per misurare i campi magnetici e determinare quale direzione è a nord attraverso la corrente dal telefono stesso. Di solito gli smartphone sono progettati con lo scopo di essere multidimensionali per le applicazioni e le funzionalità che possono supportare. Gli smartphone usano anche l'uscita dall'accelerometro e dall'unità GPS di un telefono per determinare la posizione e le direzioni della bussola.

Questi accelerometri sono dispositivi integrati in grado di determinare la posizione e l'orientamento degli smartphone come la direzione verso la quale si sta puntandolo. Vengono utilizzati nelle app basate sul fitness e nei servizi GPS misurando la velocità con cui il telefono accelera. Funzionano utilizzando sensori di microscopiche strutture cristalline in grado di rilevare minime e precise variazioni di accelerazione calcolando la forza esercitata su di loro.

L'ingegnere chimico Bill Hammack ha detto che gli ingegneri creano questi accelerometri dal silicio in modo da rimanere sicuri e stabile negli smartphone mentre si muovono. Questi chip hanno una parte che oscilla o si muove avanti e indietro, rilevando i movimenti sismici. Il telefono cellulare è in grado di rilevare il movimento preciso di un foglio di silicio in questo dispositivo per determinare l'accelerazione.
Magnetometri nei materiali

Un magnetometro può variare notevolmente su come funziona. Per il semplice esempio di una bussola, l'ago di una bussola si allinea con il nord del campo magnetico terrestre in modo tale che, quando è a riposo, è in equilibrio. Ciò significa che la somma delle forze che agiscono su di essa è zero e il peso della gravità della bussola si annulla con la forza magnetica della Terra che agisce su di essa. Sebbene l'esempio sia semplice, illustra la proprietà del magnetismo che consente ad altri magnetometri di funzionare.

Le bussole elettroniche possono determinare quale direzione è il nord magnetico usando fenomeni come l'effetto Hall, la magnetoinduzione o la mangetoresistenza.
Fisica dietro il magnetometro

L'effetto Hall significa che i conduttori che hanno correnti elettriche che fluiscono attraverso di essi creano una tensione perpendicolare al campo e alla direzione della corrente. Ciò significa che i magnetometri possono utilizzare materiale semiconduttore per far passare la corrente e determinare se un campo magnetico si trova nelle vicinanze. Misura il modo in cui la corrente viene distorta o inclinata a causa del campo magnetico e la tensione alla quale ciò si verifica è la tensione di Hall, che dovrebbe essere proporzionale al campo magnetico.

I metodi di magnetoinduzione, al contrario, misurano come magnetizzato un materiale è o diventa quando esposto a un campo magnetico esterno. Ciò comporta la creazione di curve di smagnetizzazione, note anche come curve BH o curve di isteresi, che misurano il flusso magnetico e la forza della forza magnetica attraverso un materiale quando esposto a un campo magnetico.

Queste curve consentono a scienziati e ingegneri di classificare il materiale che produce dispositivi come batterie ed elettromagneti in base a come questi materiali rispondono al campo magnetico esterno. Possono determinare quale flusso magnetico e forzare questi materiali quando vengono esposti ai campi esterni e classificarli in base alla forza magnetica.

Infine, i metodi di magnetoresistenza nei magnetometri si basano sul rilevamento della capacità di un oggetto di modificare la resistenza elettrica quando esposto a un campo magnetico esterno. Analogamente alle tecniche di magnetoinduzione, i magnetometri sfruttano la magnetoresistenza anisotropica (AMR) dei ferromagneti, materiali che, dopo essere stati sottoposti a magnetizzazione, mostrano proprietà magnetiche anche dopo che la magnetizzazione è stata rimossa.

L'AMR comporta il rilevamento tra la direzione dell'elettrico corrente e magnetizzazione in presenza di magnetizzazione. Questo accade quando gli spin degli orbitali di elettroni che compongono il materiale si ridistribuiscono in presenza di un campo esterno.

Lo spin dell'elettrone non è il modo in cui un elettrone gira effettivamente come se fosse una trottola o una palla, ma è piuttosto una proprietà quantica intrinseca e una forma di momento angolare. La resistenza elettrica ha un valore massimo quando la corrente è parallela a un campo magnetico esterno in modo che il campo possa essere calcolato in modo appropriato.
Fenomeni magnetometrici

I sensori mangetoresistivi nei magnetometri si basano sulle leggi fondamentali della fisica per determinare campo magnetico. Questi sensori mostrano l'effetto Hall in presenza di campi magnetici in modo tale che gli elettroni al loro interno scorrano a forma di arco. Maggiore è il raggio di questo movimento circolare e rotante, maggiore è il percorso intrapreso dalle particelle cariche e più forte è il campo magnetico.

All'aumentare dei movimenti dell'arco, il percorso ha una resistenza maggiore e il dispositivo può calcolare che tipo di campo magnetico eserciterebbe questa forza sulla particella carica.

Questi calcoli riguardano la mobilità del portatore o dell'elettrone, con quale velocità un elettrone può muoversi attraverso un metallo o un semiconduttore in presenza di un campo magnetico esterno. In presenza dell'effetto Hall, a volte viene chiamato mobilità di Hall.

Matematicamente, la forza magnetica F
è uguale alla carica della particella q
tempo che il prodotto incrociato della velocità della particella v
e del campo magnetico B
. Prende la forma dell'equazione di Lorentz per magnetismo F \u003d q (vx B)
in cui x
è il prodotto incrociato.
••• Syed Hussain Ather

Se vuoi determinare il prodotto incrociato tra due vettori a
e b
, puoi capire che il vettore risultante c
ha la grandezza del parallelogramma che i due intervallo di vettori. Il vettore prodotto incrociato risultante è nella direzione perpendicolare a a
e b
dato dalla regola della mano destra.

La regola della mano destra ti dice che, se si posiziona il dito indice destro nella direzione del vettore b e il dito medio destro nella direzione del vettore a, il vettore risultante c
va nella direzione del pollice destro. Nel diagramma sopra, viene mostrata la relazione tra queste tre direzioni vettoriali.
••• Syed Hussain Ather

L'equazione di Lorentz ti dice che con un campo elettrico maggiore, c'è più forza elettrica esercitata su una particella carica in movimento in il campo. Puoi anche mettere in relazione la forza magnetica di tre vettori, il campo magnetico e la velocità della particella carica attraverso una regola della mano destra specifica per questi vettori.

Nel diagramma sopra, queste tre quantità corrispondono al modo naturale in cui il tuo diritto punti della mano in queste direzioni. Ogni indice, dito medio e pollice corrispondono a una delle relazioni.
Altri fenomeni del magnetometro

I magnetometri possono anche rilevare la magnetostrizione, una combinazione di due effetti. Il primo è l'effetto Joule, il modo in cui un campo magnetico provoca la contrazione o l'espansione di un materiale fisico. Il secondo è l'effetto Villari, in che modo il materiale sottoposto a stress esterno cambia nel modo in cui risponde ai campi magnetici.

Utilizzando un materiale magnetostrittivo che presenta questi fenomeni in modo che siano facili da misurare e dipendenti l'uno dall'altro, i magnetometri possono effettuare misurazioni ancora più precise e accurate del campo magnetico. Poiché l'effetto magnetostrittivo è molto piccolo, i dispositivi devono misurarlo indirettamente.
Misurazioni precise del magnetometro

I sensori Fluxgate offrono al magnetometro una precisione ancora maggiore nel rilevamento dei campi magnetici. Questi dispositivi sono costituiti da due bobine metalliche con nuclei ferromagnetici, materiali che, dopo essere stati sottoposti a magnetizzazione, mostrano proprietà magnetiche anche dopo che la magnetizzazione è stata rimossa.

Quando si determina il flusso magnetico o il campo magnetico risultante dal core, puoi capire cosa potrebbe aver causato la corrente o la modifica della corrente. I due nuclei sono posti uno accanto all'altro in modo tale che il modo in cui i fili sono avvolti attorno a un nucleo rispecchi l'altro.

Quando si invia una corrente alternata, una che inverte la sua direzione a intervalli regolari, si produce un campo magnetico in entrambi i nuclei. I campi magnetici indotti dovrebbero opporsi l'un l'altro e cancellarsi l'un l'altro se non c'è campo magnetico esterno. Se ce n'è uno esterno, il nucleo magnetico si saturerà in risposta a questo campo esterno. Determinando la variazione del campo magnetico o del flusso, è possibile determinare la presenza di questi campi magnetici esterni.
Il magnetometro in pratica

Le applicazioni di qualsiasi gamma di magnetometri nelle discipline in cui il campo magnetico è rilevante. Negli impianti di produzione e dispositivi automatizzati che creano e lavorano su apparecchiature metalliche, un magnetometro può garantire che le macchine mantengano la direzione appropriata quando eseguono azioni come la perforazione di metalli o il taglio di materiali in forma.

Laboratori che creano ed eseguono ricerche sui materiali di campionamento è necessario comprendere come varie forze fisiche come l'effetto Hall entrano in gioco quando esposte a campi magnetici. Possono classificare i momenti magnetici come diamagnetici, paramagnetici, ferromagnetici o antiferromagnetici.

I materiali diamagnetici non hanno o pochi elettroni spaiati, quindi non mostrano molto comportamento magnetico, quelli paramagnetici hanno elettroni spaiati per far fluire liberamente i campi, ferromagnetici i materiali mostrano proprietà magnetiche in presenza di un campo esterno con gli spin degli elettroni paralleli ai domini magnetici e i materiali antiferromagnetici hanno gli spin degli elettroni antiparalleli rispetto a loro.

Archeologi, geologi e ricercatori in aree simili possono rilevare le proprietà di materiali in fisica e chimica per capire come il campo magnetico può essere usato per determinare altre proprietà magnetiche o come localizzare oggetti in profondità sotto la superficie terrestre. Possono consentire ai ricercatori di determinare la posizione dei depositi di carbone e mappare l'interno della Terra. I professionisti militari trovano questi dispositivi utili per localizzare i sottomarini e gli astronomi li trovano utili per esplorare in che modo gli oggetti nello spazio sono influenzati dal campo magnetico terrestre.