Как обнаружить магнитное поле. Правило левой руки. Физика, 9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Проводник в магнитном поле Сложность: лёгкое	1
2.	Правило левой руки Сложность: лёгкое	1
3.	Технические устройства Сложность: среднее	2
4.	Полюса магнитов Сложность: среднее	2
5.	Направление силы Ампера и силы Лоренца Сложность: среднее	2
6.	Заряд частицы Сложность: среднее	2
7.	Обнаружение магнитного поля Сложность: среднее	2
8.	Равновесие весов Сложность: сложное	3
9.	Траектория движения частицы в магнитном поле Сложность: сложное	3

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Цели урока:

• Образовательные:
  • изучить как обнаруживается магнитное поле по его действию на электрический ток, изучить правило левой руки, повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства; закрепить правила правой и левой руки с помощью упражнений;
  • закрепить знания по предыдущим темам;
  • научить применять знания, полученные на уроке;
  • показать связь с жизнью;
  • расширить межпредметные связи.
• Воспитательные:
  • формировать интерес к предмету, к учебе, воспитывать инициативу, творческое отношение, воспитывать добросовестное отношение к учебе, прививать навыки, как самостоятельной работы, так и работы в коллективе, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.
• Развивающие:
  • развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес путем привлечения дополнительного материала, а также потребности к углублению и расширению знаний;
  • развивать речевые навыки;
  • формировать умения выделять главное, делать выводы, развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Этапы урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин.
3. Объяснение нового материала – 18 мин.
4. Физкультминутка – 2 мин.
5. Закрепление. Решение задач – 15 мин.

6. Итоги. Выводы. Домашнее задание  – 2 мин.

ХОД УРОКА

I.   Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин

1. Магнитное поле порождается______________ (электрическим током).
2. Магнитное поле создается ______________заряженными частицами (движущимися).
3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает _________полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку (северный).
4.Магнитные линии выходят из _________ полюса магнита и входят в ________. (Северного, южный).
5. Как взаимодействуют два провода троллейбусной линии: притягиваются или отталкиваются? (Притягиваются).

Поменялись листочками и проверили друг друга. На кодоскопе высвечиваются правильные ответы.
Правильных ответов: 5 ответов– 5 баллов, 4 ответа – 4 балла, 3 ответа – 3 балла, 1 – 2 ответа – 2 балла.

II.  Объяснение нового материала – 20 мин

Учитель:  Как можно обнаружить магнитное поле? Оно не действует на наши органы чувств – не имеет запаха, цвета, вкуса. Мы не можем, правда, с уверенностью утверждать, что в животном мире нет существ, чувствующих магнитное поле. В США и Канаде для отгона миног с места скопления мальков на реках, впадающих в Великие озера, установлены электромагнитные барьеры. Ученые объясняют способность рыб ориентироваться в просторах океана их реакцией на магнитные поля…

Сегодня на уроке мы изучим,  как  обнаружить магнитного поля по его действию на электрический ток и изучим правило левой руки.
На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой, наличие такой силы можно посмотреть с помощью такого опыта: проводник подвешен на гибких проводах, который через ключ присоединен к аккумуляторам. Проводник помещен между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле.
При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и проводник приходит в движение. Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник с током двигаться не будет.

Если ученики смогут сами ответить: Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Учитель: Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.
Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нем магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.

Вывод 1: Таким образом, магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.
Выясним, от чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Опыт показывает, что при изменении направления тока изменяется и направление движения проводника, а значит, и направление действующей на него силы Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля).
Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки. В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Ученики: за направление тока во внешней части электрической цепи (т.е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Учитель: Пользуясь правилом левой руки это следует помнить.
Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создается движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырех пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.                                                                                   
С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятую движущуюся в нем частицу, как положительно, так и отрицательно заряженную. Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Пользуясь правилом левой руки, можно определить не только направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током или движущуюся заряженную частицу. По этому правилу мы можем определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы).
Сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линиями магнитного поля или параллельны им.

III. Физкультминутка – 2 мин.

Встаньте, пожалуйста. Вы – компас, ваше лицо – указывает всегда на север, затылок – на юг, стена – это северный полюс, противоположная доска – южный полюс. – Дети поворачиваются лицом к стене. Полюса поменялись. Дети поворачиваются лицом к доске. Возникают магнитные бури – дети начинают качаться и вращаться.
Отдохнули, спасибо, присаживайтесь.

А знаете ли вы, что…

• Сильное магнитное поле влияет на рост кристаллов: например, монокристаллы меди, сформировавшиеся в сильных магнитных полях, обладают более совершенной кристаллической решеткой.
• Сильное магнитное поле используется и для лечения такого распространенного и опасного заболевания, как нарушение ритма сердечных сокращений (аритмия). Сердце – орган, непрерывно совершающий ритмичные сокращения, период которых определяется слабыми электрическими сигналами, посылаемыми головным мозгом. При заболеваниях сердца ритм сокращений нарушается. В особо тяжелых случаях используют дефибрилляторы – приборы, генерирующие импульсы высокого напряжения, причем электроды накладываются непосредственно на область сердца, в результате чего нередко получается ожог. При использовании пульсирующего магнитного поля, вызывающего индукционные токи в нервных клетках, эта опасность исключается.

Магнитный страж прилавка

Чтобы как-то защититься от краж, владельцы магазинов прикрепляют к товару особые бирки, которые отрываются на контрольном пункте после того, как уплачены деньги. Бирки – крошечные антенны – при попытке вынести покупку из магазина без оплаты включают на выходе сигнал тревоги за счет резонансного усиления радиосигнала, поступающего от небольших радиопередатчиков, установленных на выходе. Однако этот способ оказался не совсем надежен: вор может, заэкранировав бирку кусочком фольги или собственным телом, обмануть сигнальное устройство.
Чтобы этого не случалось, фирма «Чекмейт системс» разработала новую систему. Контрольная бирка изготавливается теперь из магнитного материала, а на выходе магазина стоят высокочувствительные магнитометры.
Система отрегулирована так, что она не реагирует на металлические предметы малого размера: ключи, часы, пряжки и ювелирные изделия, но отчаянно трезвонит, когда замечает контрольную бирку.

IV. Закрепление материала. Решение задач – 15 мин.

Учитель:Упр. 36 (1). В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи?
Ученики дают ответы: по правилу левой руки линии магнитного поля входят в ладонь, электрический ток течет по трубочке, значит, трубочка покатится к источнику тока.
Учитель: Давайте проверим на опыте ваши ответы.

Решение задач: № 1068, № 1069 (а, б),  № 1070, № 1078.   

Учитель: Сегодня на уроке мы изучили, как обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток. Рассмотрели правило левой руки.

V. Домашнее задание: § 46, упр. 36 (2, 3, 4, 5).

Измерено самое слабое магнитное поле в рентгеновских пульсарах

Благодаря совместной работе нескольких рентгеновских обсерваторий удалось обнаружить аккрецирующий рентгеновский пульсар с самым слабым магнитным полем из тех, что известны на сегодняшний день. Это открытие позволит проверить теоретические модели излучения и поляризации рентгеновских пульсаров. Статья с результатами исследования опубликована в престижном астрофизическом журнале Astrophysical Journal Letters.

Аккреция, или падение вещества, на нейтронные звезды — один из наиболее эффективных механизмов генерации излучения в рентгеновском диапазоне. А если магнитное поле нейтронной звезды достаточно сильное, то оно способно направлять потоки вещества к магнитным полюсам. В этом случае в районе магнитных «шапок» достигаются сверхэкстремальные значения плотности и температуры и именно там формируется основное рентгеновское излучение.  Если магнитная ось нейтронной звезды не совпадает с осью вращения, это излучение приходит к нам не постоянно, а как бы «вспышками» или импульсами, подобно маяку, поэтому такие объекты и получили название рентгеновских пульсаров.

Свойства наблюдаемого излучения во многом определяются величиной и конфигурацией магнитного поля.

Измерить магнитное поле нейтронной звезды непросто. Единственный прямой метод — обнаружить так называемые циклотронные линии поглощения в спектре её электромагнитного излучения. Это относительно узкие спектральные особенности, возникающие при взаимодействии излучения с электронами, движущимися вдоль силовых линий магнитного поля. Наблюдаемые энергии этих трудноуловимых особенностей пропорциональны величине магнитного поля, и распределены гармонически. Это значит, что, кроме основной линии могут наблюдаться ее гармоники на энергиях, кратных энергии основной линии.

Циклотронные линии обнаружены всего лишь у нескольких десятков пульсаров. При этом обычно наблюдается только одна линия (фундаментальная), поскольку для типичных магнитных полей энергии гармоник оказываются слишком большими, чтобы их могли обнаружить современные телескопы.

До сегодняшнего дня был известен только один пульсар, в спектре которого было обнаружено более четырёх циклотронных линий. Его основная гармоника приходится на энергию ~11 килоэлектрон-вольт (кэВ) и, соответственно, его магнитное поле считалось самым слабым среди известных аккрецирующих пульсаров, магнитные поля которых были определены достоверно.

Этот рекорд был побит благодаря совместной работе ученых Института космических исследований РАН, Московского физико-технического института и их коллег из научных организаций Германии и Финляндии.

В марте 2021 г. в данных японского монитора MAXI на борту Международной космической станции было обнаружено, что в направлении малоизученного рентгеновского пульсара Swift J1626.6-5156 увеличивается поток излучения.

Через несколько дней наблюдения российского телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ», проводящей обзор всего неба, подтвердили начало рентгеновской вспышки и то, что она происходит именно в системе Swift J1626.6-5156. Этот рентгеновский пульсар с периодом примерно 15 секунд был открыт в 2005 году во время вспышки, по окончании которой находился в состоянии «покоя» более 15 лет.

Результаты телескопа ART-XC послужили триггером для проведения по заявке российских ученых немедленных наблюдений этого источника американскими орбитальными обсерваториями NuSTAR и NICER, которые работают в широком диапазоне энергий с высокой чувствительностью и хорошим энергетическим разрешением.

При анализе энергетического спектра Swift J1626.6-5156 были обнаружены четыре гармонически распределенные особенности в поглощении на энергиях, кратных 4.9 кэВ. Эти особенности были интерпретированы как фундаментальная циклотронная линия и три ее высшие гармоники, что соответствует величине магнитного поля на поверхности нейтронной звезды ~4×10¹¹ Гаусс.

«Это в разы меньше типичных значений и сегодня является наименьшим среди всех известных рентгеновских пульсаров, — говорит Сергей Мольков, первый автор статьи, старший научный сотрудник ИКИ РАН и сотрудник МФТИ. — Наше открытие позволит существенно расширить знания о магнитных полях в нейтронных звездах. Кроме того, оно оказалось очень «своевременным» в свете того обстоятельства, что на осень 2021 года запланирован запуск обсерватории IXPE (NASA, ESA), а еще через четыре года в космос отправится обсерватория eXTP (Китай, ESA)».

Оба упомянутых проекта предназначены для измерения поляризации излучения в мягком рентгеновском диапазоне энергий 2–10 кэВ. Образно говоря, эти миссии должны открыть «новое окно» для изучения и понимания физических процессов, происходящих в окрестностях нейтронных звезд и черных дыр. Учитывая рабочий энергетический диапазон поляриметров, именно рентгеновские пульсары с малыми магнитными полями (т.е. с циклотронными линиями на энергиях ниже 10 кэВ) представляют особый интерес.

Благодаря обнаруженной циклотронной линии на энергии 4.9 кэВ пульсар Swift J1626.6-5156 станет практически уникальным объектом для миссии IXPE, наблюдая  который можно будет проверить модели формирования излучения рентгеновских пульсаров и глубже понять физику высокоэнергичных процессов в магнитных полях.

Работа была поддержана Российским научным фондом, грант 19-12-00423

Дыры в атмосфере Солнца. Искусственный интеллект помогает обнаружить корональные дыры для автоматического прогноза космической погоды

Ученые из Грацкого университета (Австрия), Сколтеха и их коллеги из США и Германии разработали новую нейронную сеть, способную обнаруживать корональные дыры на основе данных космических наблюдений. Новое приложение открывает возможности для повышения точности прогнозирования космической погоды и обеспечивает ценную информацию для исследования циклов солнечной активности. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Рисунок: Наблюдение солнечной динамической обсерватории (SDO). На изображении показано сочетание семи различных фильтров крайнего ультрафиолета (цветные срезы) и информации о магнитном поле (срез серой шкалы). Обнаруженные корональные дыры обозначены красными контурными линиями. Темная структура в центре представляет собой солнечную нить, которая имеет похожий вид, но не связана с корональными дырами. Источник: Jarolim et. др., 2021

Солнце – это источник жизни на Земле. «Жизнь» электроники также зависит от уровня активности нашей ближайшей звезды и ее взаимодействием с магнитным полем Земли. Хотя для человеческого глаза Солнце всегда выглядит одинаково, оно очень активно и является источником частых выбросов солнечной энергии, вызывающих геомагнитные бури на Земле. Именно поэтому с помощью спутниковых телескопов ведется непрерывное наблюдение за внешней атмосферой Солнца – солнечной короной.

Одна из характерных особенностей этих наблюдений — наличие обширных темных участков, так называемых корональных дыр. А темными они выглядят потому, что частицы плазмы могут свободно распространяться в космическое пространство вдоль открытых линий магнитного поля, оставляя «дыру» в короне. Именно из таких частиц образуется мощный поток высокоскоростного солнечного ветра, который, достигая поверхности Земли, может вызывать геомагнитные бури. Внешний вид и расположение дыр на Солнце меняются в зависимости от уровня солнечной активности, и это важно для исследования долгосрочной динамики активности Солнца.

Видео: Обнаруженные корональные дыры за почти 11 лет. Выявленные корональные дыры обозначены красными контурными линиями. Солнце меняется в течение солнечного цикла и достигает максимальной активности в 2014 г. Источник: Jarolim et. др., 2021.

«Обнаружение корональных дыр − сложная задача не только для традиционных алгоритмов, но и для наблюдателей, поскольку в солнечной атмосфере присутствуют и другие темные области, например, протуберанцы, которые можно легко спутать с корональной дырой», − рассказывает ведущий автор статьи, научный сотрудник Грацcкого университета Роберт Яролим.

В своей статье авторы описывают сверточную нейронную сеть CHRONNOS (Coronal Hole RecOgnition Neural Network Over multi-Spectral-data), которую они разработали специально для обнаружения корональных дыр. «Благодаря искусственному интеллекту мы можем идентифицировать корональные дыры по таким критериям, как интенсивность, форма и свойства магнитного поля. Те же критерии учитываются и человеком в процессе наблюдения», − отмечает Роберт Яролим.

«Солнечная атмосфера выглядит по-разному в зависимости от длины волны, на которой ведется наблюдение. В качестве входных данных для нейронной сети мы использовали изображения, полученные на разных длинах волн крайней ультрафиолетовой области спектра (EUV), а также карты магнитного поля, с помощью которых сеть смогла установить взаимосвязи между разными видами многоканальной информации», − добавляет соавтор статьи, профессор Грацского университета Астрид Верониг.

Авторы обучили свою модель на приблизительно 1700 изображениях, полученных за период с 2010 по 2017 годы, и показали, что метод работает при любых уровнях солнечной активности. Сравнение полученных с помощью нейронной сети результатов с данными по обнаружению 261 корональных дыр в ручном режиме показало совпадение результатов в 98% случаев. Кроме того, авторы исследовали результаты обнаружения корональных дыр по картам магнитного поля, которые сильно отличаются от данных наблюдений в EUV-диапазоне. Человек не может обнаружить корональную дыру, используя только карты магнитного поля, а ИИ научился воспринимать эти изображения иначе и на их основе идентифицировать корональные дыры.

«Это многообещающий результат для будущих задач обнаружения корональных дыр с помощью наземных телескопов. С Земли у нас нет возможности напрямую наблюдать корональные дыры в виде темных пятен, которые видны на космических изображениях в EUV-диапазоне и мягком рентгеновском диапазоне, а есть лишь возможность регулярно измерять магнитное поле Солнца», − отмечает один из авторов статьи, старший преподаватель Космического центра Сколтеха Татьяна Подладчикова.

«И какие бы ни бушевали бури, мы желаем всем хорошей космической погоды!», − говорит в заключение Подладчикова.

Новый метод был разработан с использованием высокопроизводительного кластера Сколтеха в рамках создания интегрированной сетевой группы исследований по солнечной физике (SPRING), которая будет обеспечивать автономный мониторинг Солнца с использованием новейших технологий в области наблюдательной физики Солнца. SPRING — часть проекта SOLARNET, который посвящен подготовке к созданию Европейского солнечного телескопа (EST). Проект поддержан программой Европейского союза по науке и инновациям «Горизонт 2020». Грацский университет и Сколтех представляют Австрию и Россию в консорциуме SOLARNET, в состав которого входят 35 международных партнеров. Данное исследование проводилось также с участием специалистов Колумбийского университета (США), Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (Германия) и компании NorthWest Research Associates (США).

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

*protected email*

Как обнаружить магнитное поле

Обнаружить постоянное магнитное поле можно несколькими способами. Определить присутствие повышенного постоянного магнитного поля (выше уровня магнитного поля земли) возможно по реакции магнитной стрелки компаса, по показаниям магнитометраDEEPGEOTECH или насыпанной в прозрачную коробочку металлической пыли.Вам понадобится

Для регистрации повышенного уровня постоянного магнитного поля с помощью компаса, расположите его горизонтально вблизи исследуемого объекта. Разблокируйте стрелку компаса. По величине отклонения стрелки компаса от естественного положения определите наличие и примерную величину собственного магнитного поля у исследуемого объекта. Минус данного способа – очень приблизительные результаты измерений.

Насыпьте в прозрачную коробочку металлическую пыль. Плотно закройте её. Поднесите к исследуемому объекту. При наличии у этого предмета собственного магнитного поля металлическая пыль расположится вдоль его (поля) силовых линий. Для определения расположения и ориентации полюсов магнитного поля передвигайте коробочку вдоль исследуемого предмета. Определите расположение полюса магнитного поля по сходящимся силовым линиям. Плюс данного способа – возможность визуально наблюдать ориентацию и направление силовых линий магнитного поля.

Для получения точных количественных значений величины магнитного поля и наличие аномалий воспользуйтесь магнитометром DEEPGEOTECH. Включите прибор. Исследуйте на местности необходимый участок. При появлении магнитной аномалии раздастся звуковой сигнал. Результаты измерений прибора считывайте с его дисплея. При необходимости зафиксируйте параметры (координаты места GPS, время) и результаты измерений напряженности магнитного поля в документе формата EXCEL для дальнейшего исследования на персональном компьютере. Данный способ дает точные количественные результаты измерений, привязанные к координатам на местности. Он позволяет получить документальное подтверждение зафиксированным аномалиям магнитного поля на местности.

Машинное обучение помогло обнаружить магнитные поля

Исследователи из Лаборатории квантовой инженерии и технологий (QETLabs) в Университете Бристоля в сотрудничестве с Институтом квантовой оптики Университета Ульма и Microsoft использовали комбинацию методов машинного обучения и квантового датчика, основанного на спине электрона в азотно-вакансионном центре в решетке алмаза, чтобы увеличить чувствительность определения магнитных полей.

Азотно-вакансионные центры — это атомные дефекты, которые можно найти или создать в алмазе. Они могут взаимодействовать с отдельными электронами, которые, в свою очередь, могут использоваться для измерения как электрических, так и магнитных характеристик материала. Благодаря такой уникальной возможности считывания магнитных и электрических характеристик, исследователи даже допускают, что с помощью этого метода можно фиксировать активность отдельных нейронов в мозге на наноразмерном уровне. Однако такие наномасштабные применения ядерного магнитного резонанса ограничены шумом оптического считывания, присутствующим при комнатной температуре в современных установках.

«Мы ожидаем, что использование наших методов может разблокировать неизведанные режимы в новом поколении экспериментов по зондированию, где отслеживание в реальном времени и повышение чувствительности являются важными составляющими для изучения явлений на наноуровне, — говорит Доктор Энтони Лейнг, ведущий автор исследования, сотрудник Бристольского университета. — Здесь мы показываем, как машинное обучение может помочь преодолеть эти ограничения для точного отслеживания флуктуирующего магнитного поля при комнатной температуре с чувствительностью, обычно используемой для криогенных датчиков».

Азотно-вакансионные центры, обнаруженные в решетке алмаза, уже использовались в том же ключе, но шум и нежелательные взаимодействия могут ограничивать их применимость в реальности. Результаты, представленные в этой работе, показывают, как преодолеть такие ограничения.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

что это за явление, как действует на заряженные частицы

Магнитное поле и его характеристики

Определение

Магнитное поле — физическое поле, которое действует только на движущиеся заряды (токи) и тела, обладающие магнитным моментом. Источники магнитного поля — постоянные магниты или электрический ток.

Определение

Магнитный момент — векторная величина, характеризующая магнитные свойства тел и частиц вещества.

Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией \(\overrightarrow B\), измеряющейся в теслах (Тл).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Еще одной характеристикой магнитного поля служит напряженность \(\overrightarrow Н\), она измеряется в эрстедах и гаммах.

Примечание

Единица напряженности магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика Ханса Кристиана Эрстеда.

Гамма, \(\gamma\) — стотысячная доля эрстеда. \(\overrightarrow Н\) — скорее вспомогательная характеристика, так как физически корректные и осмысленные методы измерения предполагают нахождение именно \(\overrightarrow B\), но \(\overrightarrow Н\) иногда оказывается удобнее для расчетов.

Суть ориентирующего действия магнитного поля

Определение

Магнитный диполь — неразделимая совокупность двух магнитных полюсов, северного и южного, находящихся на расстоянии друг от друга.

Существование монополей, магнитов с одним полюсом, невозможно, поскольку магнитные силовые линии всегда являются замкнутыми. Полюсы магнита всегда направлены на север и на юг, если на магнит оказывает действие только геомагнитное поле Земли. Даже если разломать прямой или дугообразный магнит, каждая его из частей сохранит полярность и не станет монополем.

Способы обнаружения магнитного поля

Обнаружение того факта, что некоторые предметы, например, натертый тканью янтарь, способны притягивать другие предметы, произошло еще в античные времена, а возможно, и раньше. Тем не менее органы чувств человека не позволяют ему ощутить магнитное поле, поэтому выявление его наличия возможно только по его воздействию на движущиеся электрические заряды или магниты, которые перемещаются в пространстве.

Как действует на заряженные частицы

На заряженную частицу, которая движется в магнитном поле, воздействует сила Лоренца. В системе СИ она описывается следующим выражением:

\(F = q[v, B]\)

Квадратные скобки здесь обозначают векторное произведение.

Как действует на токи

Поскольку на любую движущуюся заряженную частицу в магнитном поле воздействует сила Лоренца, она будет воздействовать и на проводник, по которому идет ток. Сложив силы, влияющие на отдельные движущиеся заряды, можно вычислить силу Ампера — силу, с которой поле воздействует на проводник. Формула для ее вычисления:

\(d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B\)

\(I\) здесь — сила тока, протекающего через проводник; \(l\) — вектор длины проводника, направленный в ту же сторону, куда течет ток; \(В\) — магнитная индукция.

Воздействие токов на магниты

Есть простой способ увидеть магнитные силовые линии — достаточно насыпать на лист железные опилки и положить постоянный магнит рядом с ними, или пропустить сквозь центр листа, перпендикулярно его поверхности, провод под током. Опилки намагнитятся и сами распределятся по листу, создав окружности вокруг магнита или провода. А с помощью глицерина, обладающего подходящими вязкостью и прозрачностью, можно создать условия для наблюдения магнитных силовых линий в объеме.

Намагниченная стрелка всегда отклоняется при попадании в электромагнитное поле, при этом направление отклонения зависит от направления тока, идущего по проводнику. Величина отклонения стрелки при этом пропорциональна напряженности магнитного поля. Именно на основе этого свойства намагниченных предметов были созданы первые детекторы магнитных полей. Приборы такого типа, где величина отклонения стрелки измеряется оптической системой, обеспечивают чувствительность до 4–5 \(\gamma\).

Если поместить намагниченный предмет внутрь проволочной спирали, по которой идет ток, намагничивание усилится. Подобное взаимодействие впервые обнаружил Ампер. На основе этого свойства магнитов работают более чувствительные устройства, которые представляют собой два стержня с обмотками, поверх которых надета измерительная катушка. Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке возникает напряжение. Если подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, напряжение не появится. Но если геомагнитное поле изменится при перемещении к другому пункту, изменится и намагниченность стержней, соответственно в катушке появится сигнал.

Сверхчувствительное устройство для обнаружения магнитных полей — ScienceDaily

Группа физиков Университета Брауна разработала новый тип компактного сверхчувствительного магнитометра. По словам исследователей, новое устройство может быть полезно во множестве приложений, связанных со слабыми магнитными полями.

«Почти все вокруг нас генерирует магнитное поле — от наших электронных устройств до наших бьющихся сердец — и мы можем использовать эти поля для получения информации обо всех этих системах», — сказал Ган Сяо, председатель факультета физики Брауна и старший Автор статьи с описанием нового устройства.«Мы обнаружили класс сверхчувствительных датчиков, которые при этом небольшие, недорогие в изготовлении и не потребляют много энергии. Мы думаем, что у этих новых датчиков может быть много потенциальных применений».

Новое устройство подробно описано в статье, опубликованной в Applied Physics Letters . Ведущими авторами исследования были аспирант Браун Иоу Чжан и доктор наук Кан Ван.

Традиционный способ измерения магнитных полей — это так называемый эффект Холла.Когда проводящий материал, по которому проходит ток, вступает в контакт с магнитным полем, электроны в этом токе отклоняются в направлении, перпендикулярном их потоку. Это создает небольшое перпендикулярное напряжение, которое может использоваться датчиками Холла для обнаружения магнитных полей.

В новом устройстве используется двоюродный брат эффекта Холла, известного как аномальный эффект Холла (AHE), который возникает в ферромагнитных материалах. В то время как эффект Холла возникает из-за заряда электронов, АЭХ возникает из-за спина электрона, крошечного магнитного момента каждого электрона.Эффект заставляет электроны с разными спинами рассеиваться в разных направлениях, что приводит к небольшому, но обнаруживаемому напряжению.

В новом приборе используется ультратонкая ферромагнитная пленка из атомов кобальта, железа и бора. Спины электронов предпочитают быть выровненными в плоскости пленки, что называется анизотропией в плоскости. После обработки пленки в высокотемпературной печи и в сильном магнитном поле спины электронов имеют тенденцию ориентироваться перпендикулярно пленке с так называемой перпендикулярной анизотропией.Когда эти две анизотропии имеют равную силу, спины электронов могут легко переориентировать себя, если материал входит в контакт с внешним магнитным полем. Эту переориентацию электронных спинов можно обнаружить по напряжению АЭХ.

Не требуется сильное магнитное поле, чтобы перевернуть спины в пленке, что делает устройство довольно чувствительным. На самом деле, по словам исследователей, он в 20 раз более чувствителен, чем традиционные датчики на эффекте Холла.

Ключом к тому, чтобы устройство работало, является толщина пленки кобальт-железо-бор.Слишком толстая пленка требует более сильных магнитных полей для переориентации электронных спинов, что снижает чувствительность. Если пленка слишком тонкая, электронные спины могут переориентироваться сами по себе, что приведет к отказу датчика. Исследователи обнаружили, что оптимальное значение для толщины составляло 0,9 нанометра, то есть примерно четыре или пять атомов.

Исследователи считают, что это устройство может найти широкое применение. Одним из примеров, который может быть полезным для врачей, является магнитный иммуноанализ, метод, использующий магнетизм для поиска патогенов в образцах жидкости.

«Поскольку устройство очень маленькое, мы можем разместить тысячи или даже миллионы датчиков на одном чипе», — сказал Чжан. «Этот чип может тестировать множество разных вещей одновременно на одном образце. Это сделало бы тестирование проще и дешевле».

Другое приложение может быть частью текущего проекта в лаборатории Сяо, поддерживаемого Национальным научным фондом. Сяо и его коллеги разрабатывают магнитную камеру, которая может делать изображения магнитных полей, создаваемых квантовыми материалами, в высоком разрешении.Такой подробный магнитный профиль поможет исследователям лучше понять свойства этих материалов.

«Как и в обычной камере, мы хотим, чтобы в нашей магнитной камере было как можно больше пикселей», — сказал Сяо. «Каждый магнитный пиксель в нашей камере представляет собой отдельный магнитный датчик. Датчики должны быть небольшими, и они не могут потреблять слишком много энергии, поэтому этот новый датчик может быть полезен в нашей камере».

Исследование было поддержано Национальным научным фондом (OMA-1936221).

История Источник:

Материалы предоставлены Brown University . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Обнаружение магнитного поля Земли | Магнитоприемник

• Эксперимент с 36 людьми показывает, что некоторые люди могут обнаруживать магнитное поле Земли.
• Чувства человека специализированы и развиты, но магнитоприемник еще никто не измерял.
• Субъектов обследовали в специально оборудованной клетке Фарадея, заполненной электрическими катушками.

---

Могут ли некоторые люди почувствовать магнитное поле Земли ? Факты свидетельствуют о том, что помимо довольно многих видов животных, люди могут быть — да, это настоящий термин — магниторецепторов . В недавнем исследовании ученые провели эксперимент, в ходе которого измерили, как альфа-волны взаимодействуют с микроэлементами, которые, по их мнению, регистрируют магнетизм.

Когда-то ученых считали, что магниторецепция животных тоже невозможна.Когда они начали понимать, что птицы и другие животные использовали магниторецепцию для навигации в мире, они все еще думали, что люди не могут это сделать.

Но и это предположение, кажется, тоже заслуживает внимания. В прошлом году в эксперименте — шляпе перед Gizmodo , чтобы снова его откопать — исследователей построили специально оборудованную клетку Фарадея, в которой испытуемые были оснащены датчиками ЭЭГ. Внутри клетки они разместили катушки, которые в активном состоянии генерируют магнитное поле.Катушки можно было переключить в «фиктивный режим» без магнитного поля, но в остальном это выглядело и ощущалось так же.

Внутри испытуемые расслабились в темной тихой комнате. «Во время экспериментов участники сидели с закрытыми глазами в полной темноте. Участники не знали, что такое активный и фиктивный режимы, последовательности испытаний и время начала испытаний. В экспериментальной камере было темно, тихо и изолированно от диспетчерской во время экспериментов », — объясняют исследователи.

Все испытуемые смотрели одинаково, так что не было отклонения направления от реального магнитного поля.Затем они были охвачены магнитными силами, пока исследователи записывали их мозговые волны.

«Наши результаты показывают, что человеческий мозг действительно собирает и выборочно обрабатывает данные, поступающие от рецепторов магнитного поля», — заключают они. «Такая нейронная активность является необходимой предпосылкой для любого последующего поведенческого выражения магниторецепции и представляет собой отправную точку для проверки того, существует ли такое выражение».

В своих полных результатах ученые объясняют, что известные магниторецептивные животные воспринимают это ощущение как прямой биологический сигнал: то, как птицы используют его для миграции, или морские черепахи, которые используют его для оценки безопасности своих водных путей.Это включает подсознательные сигналы о том, что локальное поле не , а магнитное поле . Вулканы могут генерировать локализованные магнитные поля, и «животное, перемещающееся через подобные магнитные объекты, получит серию предупреждающих сигналов о недопустимости использования магнитного поля для навигации на большие расстояния».

Исследователи обнаружили такую ​​же закономерность у своих испытуемых. «Избирательность реакции благоприятствовала экологически значимым стимулам, различая вращения, в остальном равные по скорости и величине.Это указывает на то, что эффект вызван биологически настроенным механизмом, а не каким-то общим физическим воздействием », — объясняют они.

Это означает, что человеческие субъекты показали активность мозга, которая реагировала только на имитацию глобального магнитного поля, с таким же неприятием местного магнетизма двуустки. Исходя из этого, исследователи предполагают, что люди развили свое магниторецепцию так же, как и животные: благодаря постоянному использованию и стимулу с течением времени. Это то, что нам служит, а не случайность.

Могут ли люди с магниторецепцией быть последним проявлением унаследованной черты времен охотников-собирателей? Мы пока этого не знаем, но исследователи надеются на будущие эксперименты: «Полная степень этого наследства еще предстоит раскрыть».

Кэролайн Делберт Кэролайн Делберт — писатель, редактор книг, исследователь и заядлый читатель.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Новое свидетельство человеческого магнитного чутья, которое позволяет вашему мозгу обнаруживать магнитное поле Земли

Есть ли у людей магнитное чутье? Биологи знают, что другие животные знают. Они думают, что это помогает существам, включая пчел, черепах и птиц, перемещаться по миру.

Ученые пытались выяснить, принадлежит ли человек к списку магниточувствительных организмов.На протяжении десятилетий происходили споры между положительными отзывами и неудачами в демонстрации этих черт в людях, и, казалось бы, споры продолжаются.

Неоднозначные результаты у людей могут быть связаны с тем, что практически все прошлые исследования основывались на поведенческих решениях участников. Если люди действительно обладают магнетическим чутьем, повседневный опыт подсказывает, что оно было бы очень слабым или глубоко подсознательным. Такие слабые впечатления можно легко неверно истолковать — или просто упустить — при попытке принять решение.

Итак, наша исследовательская группа, в которую входят биолог-геофизик, когнитивный нейробиолог и нейроинженер, избрала другой подход. То, что мы обнаружили, возможно, является первым конкретным нейробиологическим доказательством того, что люди действительно обладают геомагнитным чутьем.

Как работает биологическое геомагнитное чутье?

Жизнь на Земле подвергается воздействию постоянно присутствующего геомагнитного поля планеты, которое различается по интенсивности и направлению на поверхности планеты. Наски / Shutterstock.ком

Земля окружена магнитным полем, создаваемым движением жидкого ядра планеты. Вот почему магнитный компас указывает на север. У поверхности Земли это магнитное поле довольно слабое, примерно в 100 раз слабее, чем у магнита холодильника.

За последние 50 лет или около того ученые показали, что сотни организмов почти всех ветвей бактериального, протистского и животного царств обладают способностью обнаруживать это геомагнитное поле и реагировать на него.У некоторых животных, таких как медоносные пчелы, геомагнитные поведенческие реакции столь же сильны, как и реакция на свет, запах или прикосновение. Биологи определили сильную реакцию у позвоночных, начиная от рыб, амфибий, рептилий, многочисленных птиц и самых разных млекопитающих, включая китов, грызунов, летучих мышей, коров и собак — последних из которых можно научить находить скрытый магнитный стержень. Во всех этих случаях животные используют геомагнитное поле как компоненты своих способностей к самонаведению и навигации, а также другие сигналы, такие как зрение, обоняние и слух.

Скептики отклонили ранние сообщения об этих реакциях, в основном потому, что не существовало биофизического механизма, который мог бы преобразовать слабое геомагнитное поле Земли в сильные нейронные сигналы. Эта точка зрения была радикально изменена открытием, что живые клетки обладают способностью строить нанокристаллы ферромагнитного минерала магнетита — в основном, крошечные железные магниты. Биогенные кристаллы магнетита сначала были замечены в зубах одной группы моллюсков, позже — в бактериях, а затем и во множестве других организмов, от простейших до животных, таких как насекомые, рыбы и млекопитающие, в том числе в тканях человеческого мозга.

Цепочки магнитосом нерки. Манн, Спаркс, Уокер и Киршвинк, 1988, CC BY-ND

Тем не менее, ученые не считают людей магниточувствительными организмами.

Управление магнитным полем

Схематический рисунок испытательной камеры магниторецепции человека в Калифорнийском технологическом институте. По материалам «Центр притяжения» К. Бикеля (Hand, 2016).

В нашем новом исследовании мы попросили 34 участников просто сесть в нашу испытательную камеру, пока мы непосредственно регистрировали электрическую активность в их мозгу с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ).Наша модифицированная клетка Фарадея включала набор 3-осевых катушек, которые позволяли нам создавать контролируемые магнитные поля высокой однородности с помощью электрического тока, протекающего по ее проводам. Поскольку мы живем в средних широтах Северного полушария, магнитное поле окружающей среды в нашей лаборатории опускается вниз к северу примерно на 60 градусов от горизонтали.

В обычной жизни, когда кто-то поворачивает голову — скажем, кивая вверх и вниз или поворачивая голову слева направо — направление геомагнитного поля (которое остается постоянным в пространстве) смещается относительно его черепа.Это не удивительно для мозга испытуемого, поскольку он в первую очередь заставлял мышцы двигать головой соответствующим образом.

Участники исследования сидели в экспериментальной камере лицом на север, в то время как направленное вниз поле вращалось по часовой стрелке (синяя стрелка) с северо-запада на северо-восток или против часовой стрелки (красная стрелка) с северо-востока на северо-запад. Лаборатория магнитного поля, Калтех, CC BY-ND

В нашей экспериментальной камере мы можем бесшумно перемещать магнитное поле относительно мозга, но без того, чтобы мозг инициировал какой-либо сигнал для движения головы.Это сравнимо с ситуациями, когда ваша голова или туловище пассивно вращается кем-то другим, или когда вы являетесь пассажиром в автомобиле, который вращается. Однако в этих случаях ваше тело по-прежнему будет регистрировать вестибулярные сигналы о своем положении в пространстве вместе с изменениями магнитного поля — напротив, наша экспериментальная стимуляция была только сдвигом магнитного поля. Когда мы перемещали магнитное поле в камере, наши участники не испытывали явных ощущений.

С другой стороны, данные ЭЭГ показали, что определенные повороты магнитного поля могут вызывать сильные и воспроизводимые реакции мозга.Один паттерн ЭЭГ, известный из существующих исследований, называемый альфа-ERD (десинхронизация, связанная с событием), обычно проявляется, когда человек внезапно обнаруживает и обрабатывает сенсорный стимул. Мозг «обеспокоился» неожиданным изменением направления магнитного поля, и это вызвало уменьшение альфа-волны. То, что мы видели такие паттерны альфа-ERD в ответ на простое магнитное вращение, является убедительным доказательством магниторецепции человека.

Видео показывает резкое, широко распространенное падение амплитуды альфа-волны (темно-синий цвет на крайней левой голове) после вращения против часовой стрелки.Никакого падения не наблюдается после вращения по часовой стрелке или в фиксированном состоянии. Connie Wang, Caltech

Мозг наших участников реагировал только тогда, когда вертикальный компонент поля был направлен вниз под углом примерно 60 градусов (при горизонтальном вращении), как это обычно происходит здесь, в Пасадене, Калифорния. Они не реагировали на неестественные направления магнитного поля — например, когда оно было направлено вверх. Мы предполагаем, что реакция настроена на естественные стимулы, отражая биологический механизм, сформированный естественным отбором.

Другие исследователи показали, что мозг животных фильтрует магнитные сигналы, реагируя только на те, которые имеют отношение к окружающей среде. Имеет смысл отклонять любой магнитный сигнал, который слишком далек от естественных значений, потому что он, скорее всего, вызван магнитной аномалией — например, ударом молнии или отложением магнитного камня в земле. Одно раннее сообщение о птицах показало, что малиновки перестают использовать геомагнитное поле, если его сила более чем примерно на 25 процентов отличается от той, к которой они привыкли.Возможно, именно эта тенденция могла быть причиной того, что предыдущие исследователи не могли идентифицировать это магнитное чувство — если бы они увеличили силу магнитного поля, чтобы «помочь» испытуемым обнаружить его, они могли бы вместо этого гарантировать, что мозг испытуемых проигнорирует его.

Более того, наша серия экспериментов показывает, что рецепторный механизм — биологический магнитометр у человека — не является электрической индукцией и может отличать север от юга. Эта последняя особенность полностью исключает механизм так называемого «квантового компаса» или «криптохрома», который сегодня популярен в литературе о животных по магниторецепции.Наши результаты согласуются только с функциональными магниторецепторными клетками, основанными на гипотезе биологического магнетита. Обратите внимание, что система на основе магнетита также может объяснить все поведенческие эффекты у птиц, которые способствовали возникновению гипотезы квантового компаса.

Мозг подсознательно регистрирует магнитные сдвиги

Все наши участники не знали о сдвигах магнитного поля и реакции своего мозга. Они чувствовали, что в течение всего эксперимента ничего не происходило — они просто сидели один в темной тишине в течение часа.Однако под их мозгом обнаружился широкий спектр различий. Некоторые мозги почти не реагировали, в то время как другие имели альфа-волны, которые уменьшались до половины своего нормального размера после сдвига магнитного поля.

Еще неизвестно, что эти скрытые реакции могут означать для поведенческих способностей человека. Отражают ли слабые и сильные реакции мозга какие-то индивидуальные различия в навигационных способностях? Могут ли люди со слабой реакцией мозга получить пользу от тренировок? Можно ли научить людей с сильной реакцией мозга на самом деле чувствовать магнитное поле?

Реакция человека на магнитные поля земной силы может показаться удивительной.Но, учитывая доказательства наличия магнитных ощущений у наших животных-предков, было бы более удивительно, если бы люди полностью потеряли все до последней части системы. К настоящему времени мы обнаружили доказательства того, что у людей есть работающие магнитные датчики, посылающие сигналы в мозг — ранее неизвестная сенсорная способность в подсознании человеческого разума. Полную степень нашей магнитной наследственности еще предстоит открыть.

Мозг некоторых людей может ощущать магнитное поле Земли — но нет, это не означает, что у нас есть «сверхспособности» магнитовосприятия | Умные новости

Существует довольно длинный каталог животных, которые, кажется, обладают магниторецепцией или способностью обнаруживать магнитные поля Земли, включая голубей, собак, форель, пчел, черепах и саламандр.Но исследователи так и не смогли определить, есть ли у людей эта скрытая сверхдержава, несмотря на десятилетия попыток. Провокационное новое исследование, опубликованное в журнале eNeuro , предполагает, что наш мозг действительно может обнаруживать магнитные поля — по крайней мере, у некоторых людей, хотя невозможно сказать, влияет ли это каким-либо образом на поведение человека. (Несмотря на некоторые заявления о том, что у человека есть недавно открытая магнитная «сверхдержава», мы внезапно не двоюродные братья злодея Marvel Магнето.)

В настоящее время ученые все еще пытаются выяснить, как работает магниторецепция у животных.Эрик Хэнд из Science сообщает, что большая часть того, что мы знаем о магнитном восприятии, получена в результате поведенческих исследований животных, которые меняют то, как они ориентируются или ориентируются, если манипулировать магнитным полем. (Собаки ориентируются вдоль оси север-юг магнитного поля Земли, когда они какают.) Узнать, как это ощущение магнитного поля работает на биологическом уровне, было более сложной задачей.

В настоящее время существует две основные гипотезы. Один из них связан с криптохромами, специализированными белками сетчатки, которые каким-то образом передают магнитную информацию в мозг.Другая гипотеза состоит в том, что микроскопические частицы минерального магнетита находятся в определенных рецепторных клетках в ухе или за носом и работают как биологические компасы.

Георгий Дворский по телефону Gizmodo сообщает, что ведущий исследователь нового исследования Джозеф Киршвинк, геофизик из Калифорнийского технологического института, который десятилетиями занимается изучением магнитных полей и магниторецепции, решил обойти вопросы о том, как может работать смысл, и сосредоточиться на том, есть ли признаки магниторецепции в мозге вообще.

«Наш подход заключался в том, чтобы сосредоточиться только на активности мозговых волн», — говорит Киршвинк Дворскому. «Если мозг не реагирует на магнитное поле, то не может быть , чтобы магнитное поле могло повлиять на чье-то поведение. Мозг должен сначала что-то воспринять, чтобы воздействовать на это — такого понятия, как «экстрасенсорное восприятие», не существует ».

Для изучения мозговых волн команда построила тщательно продуманную камеру, предназначенную для блокирования всей внешней магнитной активности, электрических импульсов и звука.Электрические катушки внутри камеры создавали магнитное поле, которым могли манипулировать исследователи. В рамках эксперимента команда исследовала 34 человека, которые носили специальное устройство, отслеживающее их мозговые волны. Каждый испытуемый сидел в полной темноте в течение часа, пока исследователи вращали вокруг себя искусственное магнитное поле в поисках признаков того, что мозг обнаруживает движения.

Экспериментаторы зафиксировали провалы амплитуды альфа-волн мозга у трети участников.Падения были наиболее заметными с 25-процентным изменением амплитуды, когда магнитное поле перед объектом было направлено на север и качалось с северо-востока на северо-запад против часовой стрелки. Люди не реагировали на магнитные поля, направленные на юг. Через несколько недель четыре участника прошли повторное тестирование с теми же результатами.

Дворский сообщает, что, как правило, альфа-волны мозга обычно производятся нейронами, когда они не обрабатывают сенсорную информацию.Мозговые волны имеют тенденцию уменьшаться при введении какого-либо стимула. Таким образом, падение альфа-волн является признаком того, что мозг может обрабатывать какую-то информацию из магнитных полей.

Эксперт по магниторецепции

Питер Хор из Оксфордского университета, изучающий навигацию у птиц, сказал Марии Темминг в интервью Science News , что результаты кажутся правдоподобными. Но они нуждаются в воспроизведении, включая аналогичный эксперимент в Южном полушарии, прежде чем он будет полностью убежден.

«Интересно думать, что у нас есть ощущение, о котором мы не осознаем», — говорит Хор, не участвовавший в исследовании, — «[Но] необычные утверждения требуют экстраординарных доказательств, и в данном случае это включает возможность воспроизвести его в другой лаборатории ».

Но не все думают, что альфа-волны указывают на какие-то необнаруженные чувства. «Если бы я… сунул голову в микроволновую печь и включил ее, я бы увидел влияние на свои мозговые волны», — говорит Торстен Ритц, биофизик из Калифорнийского университета в Ирвине, не участвовавший в исследовании, Келли Сервик Наука .«Это не значит, что мы умеем работать с микроволнами».

Маргарет Ахмад, биолог из Университета Сорбонны во Франции, говорит Сервику, что магнитные поля, как известно, влияют на клетки человека и млекопитающих в чашке.

«Я не удивлен, что есть эффект», — говорит Ахмад, не участвовавший в исследовании. «В клетке есть что-то, что меняется в присутствии магнитного поля. Мы видим этот эффект на эмбриональных клетках почек человека; вы не собираетесь меня убеждать, что воздействие на клетки мозга имеет большее или меньшее значение.”

Киршвинк, например, считает, что данные являются первым признаком магниторецепции. «Аристотель описал пять основных органов чувств, включая зрение, слух, вкус, обоняние и осязание», — говорится в пресс-релизе. «Однако он не принимал во внимание гравитацию, температуру, боль, равновесие и некоторые другие внутренние раздражители, которые, как мы теперь знаем, являются частью нервной системы человека. Наши животные предки утверждают, что здесь должны быть датчики геомагнитного поля, представляющие не шестое чувство, а, возможно, 10-е или 11-е человеческое чувство, которое предстоит открыть.”

В статье на The Conversation , он и его соавторы говорят, что есть много вопросов, которые поднимает исследование, в том числе, имеют ли люди со слабой или сильной реакцией на магнитные поля различные навигационные способности, можно ли научить людей чувствовать магнитные поля и можно ли научить людей с сильной реакцией на это поле чувствовать его.

Но это ставит телегу впереди лошади: критики говорят, что эти результаты необходимо проанализировать и воспроизвести, прежде чем мы даже приблизимся, скажем, чтобы научить пилотов чувствовать истинный север — и это может даже не стоить усилий.Наша растущая зависимость от технологии GPS предполагает, что даже если мы сможем обнаруживать магнитные поля, немногие из нас откажутся от своих мобильных телефонов в поисках магнитной интуиции, если это не поможет нам быстрее найти ближайший Starbucks.

Новый способ обнаружения магнитных полей нанометровых частиц

Как если бы они были пузырьками, расширяющимися в только что открытой бутылке шампанского, крошечные круглые области магнетизма могут быть быстро увеличены, чтобы обеспечить точный метод измерения магнитных свойств наночастиц.

Метод, разработанный исследователями из Национального института стандартов и технологий (NIST) и их сотрудниками, обеспечивает более глубокое понимание магнитного поведения наночастиц. Поскольку этот метод является быстрым, экономичным и не требует особых условий — измерения могут проводиться при комнатной температуре и при атмосферном давлении или даже в жидкостях — он предоставляет производителям практический способ измерения и улучшения контроля свойств магнитных наночастиц для множество медицинских и экологических приложений.

Измерение магнитных пузырей

Крошечный магнитный стержень помещается на полосу магнитной пленки. Этот наностержень имеет особую магнитную ориентацию и краевое поле, которое взаимодействует с пленкой, создавая область в форме пузыря, где направление магнетизма меняется на противоположное. Применяя второе магнитное поле, исследователи могут изменить магнитную ориентацию наностержня, заставляя магнитный пузырек перемещаться от одного конца стержня к другому. Измерение местоположения пузыря может дать ученым представление о геометрии и магнитных свойствах наностержня и выявить, является ли он сам по себе или сгруппирован с другими наночастицами.Предоставлено: С. Келли / NIST.

Магнитные наночастицы могут служить крошечными исполнительными механизмами, магнитно толкая и притягивая другие мелкие объекты. Опираясь на это свойство, ученые использовали наночастицы для очистки разливов химических веществ, а также для сборки и эксплуатации нанороботических систем. Магнитные наночастицы даже могут лечить рак — быстрое изменение магнитного поля наночастиц, введенных в опухоль, генерирует достаточно тепла, чтобы убить раковые клетки.

Отдельные магнитные наночастицы создают магнитные поля, подобные северному и южному полюсам знакомых стержневых магнитов.Эти поля создают магнитные пузыри — плоские круги с начальным диаметром менее 100 нанометров (миллиардных долей метра) — на поверхности магниточувствительной пленки, разработанной в NIST. Пузырьки окружают полюс наночастиц, противоположный направлению магнитного поля пленки. Хотя они кодируют информацию о магнитной ориентации наночастиц, крошечные пузырьки нелегко обнаружить с помощью оптического микроскопа.

Однако, как пузырьки в шампанском, магнитные пузырьки могут увеличиваться в сотни раз по сравнению с их первоначальным диаметром.Применяя небольшое внешнее магнитное поле, команда увеличила диаметр пузырьков до десятков микрометров (миллионных долей метра) — достаточно большого, чтобы увидеть его в оптический микроскоп. Более яркий сигнал увеличенных пузырьков быстро показал магнитную ориентацию отдельных наночастиц.

После определения начальной магнитной ориентации наночастиц исследователи использовали увеличенные пузыри, чтобы отслеживать изменения в этой ориентации при приложении внешнего магнитного поля.Регистрация силы внешнего поля, необходимого для поворота северного и южного магнитных полюсов наночастиц, показала величину коэрцитивного поля, фундаментального показателя магнитной стабильности наночастиц. Это важное свойство ранее было сложно измерить для отдельных наночастиц.

Сэмюэл М. Ставис из NIST и Эндрю Л. Балк, проводившие большую часть своих исследований в Лос-Аламосской национальной лаборатории и NIST, вместе с коллегами из NIST и Университета Джона Хопкинса, описали свои открытия в недавнем выпуске Physical Review. Применено .

Команда исследовала два типа магнитных наночастиц — частицы в форме стержня из сплава никель-железо и кластеры частиц неправильной формы из оксида железа. По словам Балка, приложенное магнитное поле, которое расширило пузыри, играет аналогичную роль давлению в бутылке шампанского. Под высоким давлением, когда бутылка шампанского закупорена, пузырьков практически не существует, так же как магнитные пузырьки на пленке слишком малы, чтобы их можно было обнаружить с помощью оптического микроскопа, когда не применяется внешнее магнитное поле.Когда пробка открывается и давление понижается, пузырьки шампанского расширяются, так же как внешнее магнитное поле увеличивает магнитные пузырьки.

Каждый магнитный пузырек показывает ориентацию магнитного поля наночастицы в момент образования пузыря. Чтобы изучить, как ориентация менялась со временем, исследователи каждую секунду создавали тысячи новых пузырей. Таким образом, исследователи измерили изменения магнитной ориентации наночастиц в тот момент, когда они произошли.

Чтобы повысить чувствительность метода, исследователи настроили магнитные свойства пленки. В частности, команда скорректировала взаимодействие Дзялошинского-Мория (DMI), квантово-механическое явление, которое вызывает скручивание пузырьков внутри пленки. Этот поворот уменьшил энергию, необходимую для образования пузыря, обеспечивая высокую чувствительность, необходимую для измерения поля мельчайших магнитных частиц в исследовании.

Другие методы измерения магнитных наночастиц, для которых требуется охлаждение жидким азотом, работа в вакуумной камере или измерение поля только в одном месте, не позволяют столь быстро определять магнитные поля в наномасштабе.С помощью новой техники команда быстро визуализировала магнитные поля частиц на большой площади при комнатной температуре. Повышение скорости, удобства и гибкости позволяет проводить новые эксперименты, в которых исследователи могут отслеживать поведение магнитных наночастиц в режиме реального времени, например, во время сборки и работы магнитных микросистем, состоящих из многих частей.

Это исследование является самым последним примером продолжающихся усилий NIST по созданию устройств, улучшающих измерительные возможности оптических микроскопов, инструмента, доступного в большинстве лабораторий, сказал Ставис.Он добавил, что это позволяет быстро измерять свойства отдельных наночастиц как для фундаментальных исследований, так и для производства наночастиц.

---

Документ: А.Л. Балк, И. Гилберт, Р. Ивков, Дж. Унгурис и С.М. Ставис. Пузырьковая магнитометрия неоднородности и взаимодействия наночастиц. Применена физическая проверка . Опубликовано онлайн 7 июня 2019 г. DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.11.061003

Лаборатория Ломанна — Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл

Идея о том, что животные воспринимают магнитное поле Земли, когда-то считалась невозможной как физиками, так и биологами.Согласно доводам, поле Земли слишком слабо для того, чтобы его мог обнаружить организм, и нет никаких возможных биологических механизмов, способных преобразовывать информацию магнитного поля в электрические сигналы, используемые нервной системой.

Однако со временем накопились доказательства того, что животные действительно воспринимают магнитные поля. Теперь ясно, что различные животные, от беспозвоночных, таких как моллюски и насекомые, до позвоночных, таких как морские черепахи и птицы, используют информацию в поле Земли для управления своими перемещениями на большие и малые расстояния.Остается загадкой, как именно они это делают.

Определение того, как действует магнитное чувство, — захватывающий рубеж сенсорной физиологии. Для сенсорных систем, таких как зрение, слух и обоняние, клетки и структуры, участвующие в восприятии соответствующих сенсорных стимулов, в значительной степени идентифицированы, и понятен основной способ действия органов чувств. Напротив, клетки, которые функционируют как рецепторы магнитного чувства, не были с уверенностью идентифицированы ни у одного животного.Даже основные принципы, на которых построена магнитная чувствительность, остаются предметом споров.

Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, предоставляет животным различную информацию, которая может использоваться для различных целей в навигации, например, компасов и карт . Морские черепахи, лосось и некоторые другие животные используют эти магнитные сигналы для навигации во время дальних миграций. В случае морских черепах информация на магнитной карте может использоваться либо для направления черепахи к определенной области, либо для помощи ей в оценке ее приблизительного местоположения на трансокеанском миграционном пути.Фактически, морские черепахи имеют биологический эквивалент с низким разрешением глобальной системы позиционирования, но тот, который основан на геомагнитной информации, а не на спутниковых сигналах.

Экспериментальная установка, используемая в экспериментах по магнитной навигации с морскими черепахами. Детеныши головастых черепах были помещены в обвязку из мягкой ткани и привязаны к круглому бассейну с водой, окруженному системой магнитных катушек (коробчатая структура), которая может быть использована для точного воспроизведения магнитные поля, существующие в разных частях океана.Черепахи плавали в разных направлениях под воздействием магнитных полей, существующих в разных местах на пути миграции, демонстрируя, что они могут использовать поле Земли для оценки своего географического положения в океане (Lohmann et al. 2001; Putman et al., 2011; Lohmann и др. 2012).

В поисках магниторецепторов

Неизвестно, как животные воспринимают магнитные поля. Есть несколько причин, по которым обнаружение магниторецепторов оказалось необычно трудным.Во-первых, магнитные поля отличаются от других сенсорных стимулов тем, что беспрепятственно проходят через биологические ткани. Рецепторы таких органов чувств, как обоняние и зрение, должны вступать в контакт с внешней средой, но магниторецепторы вполне могут быть расположены почти в любом месте тела животного. Во-вторых, магниторецепторы могут быть крошечными и рассредоточены по большому объему ткани. В-третьих, процесс трансдукции может происходить как набор химических реакций, и в этом случае не обязательно существует очевидный орган или структура, посвященная этой сенсорной системе.Если вы представите себе попытку найти небольшое количество субмикроскопических структур, возможно, расположенных внутри клеток, разбросанных в любом месте тела животного, тогда вы сможете оценить сложность этой задачи.

Было предложено несколько механизмов, которые могут лежать в основе обнаружения магнитного поля. Однако самые последние исследования были сосредоточены на трех основных идеях: электромагнитная индукция, магнетит и химическое магнитовосприимчивание.

Электромагнитная индукция

Если небольшой стержень, состоящий из электропроводящего материала, устойчиво движется через магнитное поле в любом направлении, кроме параллельного силовым линиям, положительно и отрицательно заряженные частицы мигрируют к противоположным сторонам стержня.Это приводит к постоянному напряжению, которое, в свою очередь, зависит от скорости и направления движения стержня относительно магнитного поля. Если движущийся стержень находится в проводящей среде, которая является неподвижной относительно поля, образуется электрическая цепь, и ток течет через среду и стержень.

Тот же принцип электромагнитной индукции может объяснить, как эластожаберные рыбы (акулы, скаты и скаты) воспринимают магнетизм. Тела этих животных токопроводящие. Кроме того, у рыб есть чувствительные электрорецепторы, называемые ампулами Лоренцини.Эти рецепторы настолько чувствительны к слабым электрическим изменениям, что могут обнаруживать падение напряжения индуцированных токов, возникающих, когда рыба плавает через поле Земли. Однако неизвестно, действительно ли эластожаберы обнаруживают магнитные поля таким образом.

Возможный механизм магнитного компаса на основе электромагнитной индукции Когда акула плывет в магнитном поле Земли, она индуцирует слабые электрические токи, протекающие через окружающую морскую воду. Индуцированный ток частично зависит от направления акулы относительно магнитного поля.Фактически, акула использует свое электрическое чутье, чтобы определить свой магнитный курс. (По Калмийну 1978 г.)

Хотя использование электромагнитной индукции для магниторецепции может быть правдоподобным для эластожаберных ветвей, оно имеет два важных требования: животное должно иметь чувствительные электрорецепторы, и животное должно жить в электропроводящей среде. В отличие от воды воздух не проводит электричество, поэтому для наземных животных этот механизм маловероятен. Кроме того, у многих водных животных, таких как морские черепахи, отсутствуют электрорецепторы, что означает необходимость использования другого механизма.

Магнетит

Вторая гипотеза состоит в том, что кристаллы минерального магнетита (Fe ₃ O ₄ ) обеспечивают физическую основу магниторецепции. Идея была частично вдохновлена ​​открытием, что некоторые бактерии производят кристаллы магнетита; в результате бактерии физически поворачиваются, выравниваясь с линиями магнитного поля, и могут двигаться вдоль них. Магнетит был обнаружен у различных животных, которые, как известно, воспринимают магнитные поля, но особенно подробные исследования были проведены с рыбами и птицами.

У форели магнетит был обнаружен в носу и, по-видимому, тесно связан с нервом, который реагирует на магнитные раздражители. Магнетит, выделенный из рыб и других животных, в основном имел форму однодоменных кристаллов, подобных кристаллам бактерий. Однодоменные кристаллы крошечные (около 50 нанометров [нм] в диаметре), и каждый из них представляет собой постоянный магнит, который выравнивается с магнитным полем Земли, если ему разрешено свободно вращаться.

Такие кристаллы могут обеспечивать основу для магнитного восприятия несколькими различными способами.Например, кристаллы магнетита могут активировать вторичные рецепторы (такие как волосковые клетки, рецепторы растяжения или механорецепторы), когда частицы пытаются выровняться с геомагнитным полем. В качестве альтернативы, если кристаллы магнетита расположены внутри клеток и связаны с ионными каналами цитоскелетными филаментами, то вращение внутриклеточных кристаллов магнетита может напрямую открывать ионные каналы, позволяя ионам проходить через клеточную мембрану и генерировать электрические сигналы, используемые для связи между ними. мозг и нервная система.

Гипотетический магниторецептор на основе магнетита Зеленый прямоугольник указывает на цепочку однодоменных кристаллов магнетита, образующих стрелку биологического компаса. Катушки представляют собой вторичные рецепторы (рецепторы растяжения), прикрепленные к стрелке компаса. Стрелка компаса всегда пытается повернуться в соответствии с магнитным полем Земли, но сдерживается вторичными рецепторами и имеет ограниченный диапазон движения. (1) Когда животное ориентировано таким образом, что стрелка компаса направлена ​​на север, никакая сила не действует ни на один из вторичных рецепторов.(2) Когда животное ориентировано так, что стрелка компаса выровнена в любом другом направлении, один из вторичных рецепторов растягивается, вызывая потенциалы действия, в то время как другой сжимается. Несколько таких приемных устройств, расположенных ортогонально, гипотетически могли бы стать основой магнитного компаса.

Магниторецепция химическая

Другая гипотеза состоит в том, что магниторецепция включает набор необычных биохимических реакций, на которые влияет магнитное поле Земли.Предполагаемые реакции включают пары свободных радикалов (молекулы с неспаренными электронами) в качестве мимолетных промежуточных продуктов. По этой причине эту идею иногда называют гипотезой радикальных пар .

Детали этих химических реакций очень сложны, но предполагаемый процесс начинается с переноса электрона от молекулы-донора, A, к молекуле-акцептору, B. Это оставляет каждую молекулу с неспаренным электроном; два неспаренных электрона имеют спины, которые либо противоположны (синглетное состояние), либо параллельны (триплетное состояние).На короткое время вращение каждого неспаренного электрона прецессирует , что означает, что ось вращения изменяется таким образом, что можно сравнить с волчком, колеблющимся вокруг вертикальной оси при замедлении. Прецессия электронных спинов вызывается взаимодействиями с локальной магнитной средой, которая, в свою очередь, зависит от комбинированных магнитных полей, создаваемых спинами и орбитальными движениями неспаренных электронов и магнитных ядер, а также от ориентации и силы любого внешнего поля.Поскольку два неспаренных электрона молекул A и B сталкиваются с немного разными магнитными силами, они прецессируют с разной скоростью.

Через короткий промежуток времени электрон, который был перенесен, возвращается донору, процесс, известный как обратный перенос . В зависимости от времени, прошедшего до обратного переноса, и скорости прецессии для двух электронов исходное синглетное или триплетное состояние донора может быть сохранено или изменено. Например, если обратный перенос происходит быстро, то электронные спины будут мало прецессированы и, вероятно, останутся в своем исходном противоположном или параллельном состоянии, что не приведет к изменению молекул A и B.В качестве альтернативы, в более длительной реакции различия в скоростях прецессии двух неспаренных электронов могут изменить исходное соотношение спинов, и в этом случае A изменяется химически. Это, в свою очередь, может повлиять на последующие реакции или химические продукты, которые в конечном итоге образуются. В общем, поскольку окружающее магнитное поле может влиять на прецессию электронных спинов при некоторых обстоятельствах, магнитные поля могут влиять на некоторые химические реакции.

Неизвестно, происходят ли эти реакции у животных, если они действительно возникают.Однако интересный ключ к разгадке состоит в том, что многие из наиболее известных парных реакций радикалов начинаются с переноса электронов, вызванного поглощением света. Это привело к предположению, что химические магниторецепторы также могут быть фоторецепторами. В последнее время внимание было сосредоточено на криптохромах, которые представляют собой светочувствительные белки, чувствительные к синему цвету, которые, как известно, существуют у многих животных. Некоторые исследователи считают, что криптохромы обладают правильными химическими свойствами, чтобы функционировать как магниторецепторы.

Наиболее прямые доказательства причастности криптохрома были получены в экспериментах с плодовой мушкой Drosophila , в которых мухи обучались входить в одно из рукавов простого лабиринта на основе условий магнитного поля.Мухи-мутанты, лишенные генов криптохрома, не смогли выполнить эту задачу, но магнитная чувствительность была восстановлена, когда гены криптохрома были вставлены в мух. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы определить, применимы ли принципы, обнаруженные у мух, к другим организмам.

Список литературы

Gegear, R.J., A. Casselman, S. Waddell, and S.M. Reppert. 2009. Криптохром обеспечивает светозависимую магниточувствительность у Drosophila . Природа 454: 1014–1018.

Йонсен, С., и К. Дж. Ломанн. 2005. Физика и нейробиология магниторецепции. Нац. Rev. Neurosci. 6: 703–712.

Йонсен, С., и К. Дж. Ломанн. 2008. Магниторецепция у животных. Физика сегодня 61: 29–35.

Kalmijn, A.J. 1978. Экспериментальные доказательства геомагнитной ориентации у пластиножаберных рыб. В К. Шмидт-Кениг и В. Т. Китон (ред.), Миграция животных, навигация и поиск мест обитания , стр. 347–353. Спрингер, Берлин.

Ломанн, К. Дж., С. Д. Каин, С. А. Додж и К. М. Ф. Ломанн. 2001. Региональные магнитные поля как навигационные маркеры для морских черепах. Наука. 294: 364–366.

Ломанн, К. Дж., К. М. Ф. Ломанн и Н. Ф. Путман. 2007. Магнитные карты животных: GPS природы. J. Exp. Биол. 210: 3697–3705.

Ломанн, К. Дж., Н. Ф. Путман и К. М. Ф. Ломанн. 2011. Магнитная карта вылупившихся морских черепах. Curr. Opin. Нейробиол .22: 336–342.

Путман, Н. Ф., К. С. Эндрес, К. М. Ф. Ломанн и К. Дж. Ломанн. 2011. Восприятие долготы и двухкоординатные магнитные карты морских черепах. Curr. Биол. 21: 463–466.

Роджерс, К. Т. и П. Дж. Хор. 2009. Химическая магниторецепция у птиц: механизм радикальной пары. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106: 353–360.

Вильчко Р. и В. Вильчко. 2006. Магниторецепция. BioEssays 28: 57–168.

Вильчко, В., и Р. Вильчко. 2005. Магнитная ориентация и магниторецепция у птиц и других животных. J. Comp. Physiol., A 191: 675–693.

# Как определить присутствие или движение транспортных средств с помощью магнитометров

Вы когда-нибудь задумывались об использовании магнитометров для обнаружения огромного металлическая масса как машина? Это простая концепция, такая как определение приближения с использованием магнитное поле? Что ж, ответ на этот вопрос — простой да, но концепция как таковая сложна, как и следовало ожидать.

Как все мы знаем, магнитометры определяют силу внешнего магнитного поля. к нему. Поскольку Земля сама по себе похожа на огромный стержневой магнит, мы используем магнитометры, чтобы обнаружить это поле и извлечь из него значимую информацию — Простое решение — приложение компаса в вашем смартфоне. Магнитный диапазон поля составляет порядка 25–65 мкТл (микротесла).

Датчики магнитного туннельного перехода
Магнитный туннельный переход (MTJ) датчики на базе (например, от Freescale –FXOS8700CQ и MAG3110) может обнаруживать такие слабые магнитные поля с высокой чувствительностью в отличие от Датчики на эффекте Холла, диапазон измерения которых находится в диапазоне мТл (милли тесла).В датчиках на основе MTJ чувствительный механизм состоит из двух слоев: «закрепленный» магнитный слой (фиксированная магнитная ориентация в определенное направление) и слой «свободного» смысла, чтобы следовать ориентация прикладного поля. Это модулирует измеренное сопротивление в конфигурация на основе пшеничного камня (как показано на рисунке 1), таким образом, измеренная выходное напряжение.

Рисунок 1 Магнитометры на основе магнитных туннельных переходов от Freescale

Концепция обнаружения транспортных средств
Теперь давайте посмотрим, как обнаруживать изменение магнитного поля Земли. собирается помочь нам в достижении нашей цели обнаружения присутствия транспортных средств.

Распределение силовых линий магнитного поля Земли
Магнитное поле линии определяют направление магнитного поля вокруг магнитного вещество. На рисунке 2 показаны силовые линии магнитного поля Земли. распределение. Он просто напоминает силовые линии вокруг простого стержневого магнита. Как видно на рисунке, силовые линии магнитного поля Земли однородны по распространение в любом конкретном месте. Однако угол падения силовые линии на поверхности земли варьируются от полюсов (90 ̊) до экватор (0 ̊).

Рисунок 2 Магнитное поле Земли1

Искажение поля черными металлами
Можно это исказить однородное поле (рис. 3) за счет размещения «высокопроницаемого» металла в этом поле. Под высокопроницаемыми мы подразумеваем, что эта категория черных металлов металлы допускают максимальное количество магнитных линий, соответствующих внешнему магнитное поле проходит через них. Или, другими словами, мы можем легко намагнитить их, подвергая их внешнему приложенному магнитному полю.Как показано в рисунок 3, когда металлический корпус (черный) автомобиля прорезает поля земли, силовые линии поглощаются металлом, создавая неоднородность распределения силовых линий. В зависимости от концентрации металла линии магнитного потока поглощаются в большей или меньшей степени и, таким образом, искажение линий поля, как показано.

Рис. 3. Силовые линии магнитного поля Земли, искаженные черным металлом автомобиль

Теперь представьте, что магнитометр помещен в это поле, как показано на рисунке 3.Прежде чем автомобиль приблизится к датчику, датчик будет испытывать равномерное поле. Однако, когда автомобиль проезжает мимо датчика, он искажает магнитное поле Земли и создает области усиленной магнитной линии концентрация и уменьшенная концентрация силовых линий. Датчик фиксирует это изменяющаяся картина движения транспортного средства, как показано на рисунке 4. результирующий график временных рядов или «подпись» идентифицируют факт что автомобиль прошел через датчик. Фактически, мы можем даже получить «Направленная» информация, если вы заметите подпись внимательно.

Рисунок 4 Подпись, полученная при прохождении транспортного средства через магнитный датчик

Хорошо, теперь, когда мы поняли основную концепцию обнаружения транспортных средств, в в следующей серии мы сможем обсудить больше об идеальном размещении датчиков и некоторых препятствий на пути обнаружения транспортных средств с помощью магнитометров.

Асвин Сивакумар (Aswin Sivakumar) — системный и прикладной инженер по датчикам разделение.