Тема: Магнитометры.
Исполнитель: Удачин Иван Владимирович, гр. 441-об
Научный руководитель: Русинов Владислав Леонидович, СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация"
Актуальность темы: Магнитометры являются высокоактуальными приборами в различных областях науки и техники. Имеют важное значение в фундаментальной науке, геофизике, аэрономии, археологии, медицине и других областях.
Цель работы: Изучение использования магнитометров в геологии, археологии, медицине, и космических исследованиях для решения задач поиска полезных ископаемых, изучения магнитных полей планет, диагностики заболеваний и т.д.
План:
1: Что такое магнитометр
2: Развитие магнитометра в России
3: Применение магнитометра
4: Магнитостатические магнитометры
5: Квантовые магнитометры
6: Индукционные магнитометры
Магнито́метр - прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств материалов.
В зависимости от природы измеряемой величины магнитометры градуируются в тех или иных единицах (напряжённости магнитного поля, единицах магнитной индукции, направления магнитного поля и др.).
Русский учёный М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса. Для изучения земного магнетизма М. В. Ломоносов рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитной обсерватории была осуществлена лишь спустя 60 лет в России.
В 1956 году на советской шхуне «Заря» проводятся измерения магнитного поля. Все материалы и предметы корабельного хозяйства на этой шхуне были изготовлены из дерева и немагнитных сплавов, влияние магнитных полей моторов и другого оборудования минимизировано. В настоящее время весь Земной шар покрыт сетью пунктов, где производят магнитные измерения (например, международная сеть магнитометрических станций INTERMAGNET).
В 1936 г. впервые в мире советский географ А. А. Логачёв (совместно с А. Т. Майбородой) сконструировал аэромагнитометр -- прибор, позволяющий измерять магнитное поле Земли с самолёта. Катушка аэромагнитометра быстро вращается в магнитном поле Земли и в ней возникает электрический ток.
Магнитометры применяются в:
1)геологии, при поиске полезных ископаемых;
2)археологии, при археологических раскопках;
3)навигации на море, в космосе и авиации;
4)военной разведке для обнаружения погружённых подводных лодок;
5)биологии и медицине;
6)сейсмологии (предсказании землетрясений);
7)научных экспериментах;
8)магнитной геохронологии.
Магнитостатические магнитометры
Основаны на измерении механических моментов, действующих на чувствительный элемент прибора (например, небольшой постоянный магнит) в измеряемом поле. При воздействии внешнего поля, не совпадающего с направлением поля этого постоянного магнита, чувствительный магнит испытывает вращающий момент, зависящий от напряжённости внешнего измеряемого поля и ориентации поля измерительного магнита и внешнего поля. Измерительный магнит подвешен на упругой для кручения подвеске, по степени закручивания, с учётом ориентации прибора, определяют внешнее поле
�
{\displaystyle H}.
Момент на чувствительном (индикаторном) магните выражается векторным произведением:
�
→
=
[
�
→
,
�
→
]
{\displaystyle {\vec {J}}=[{\vec {M}},{\vec {H}}]},
где
�
{\displaystyle M} -- магнитный момент индикаторного магнита.
Возникающий механический момент
�
{\displaystyle J} в магнитометрах различной конструкции уравновешивается разными способами:
моментом кручения упругой подвески (обычно в чувствительных магнитометрах, изготовленных из кварцевой нити (магнитометры и универсальные магнитные вариометры на кварцевой растяжке обладают чувствительностью до ~1 нТл);
моментом в рычажной системе, уравновешиваемой силой тяжести (магнитные весы с чувствительностью ~
10
−
15
{\displaystyle 10^{-15}} нТл);
моментом, действующим на вспомогательный эталонный постоянный магнит, установленный в нужном положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия взаимно перпендикулярны). В упругой подвеске индикаторные магниты имеют собственную частоту вращательных колебаний, зависящую от упругости подвески, напряжённости внешнего поля. При этом измеряют периоды этих колебаний, что позволяет определить напряжённость магнитного поля (абсолютный метод Гаусса).
Основное применение магнитостатических магнитометров -- измерение направления и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ.
