Индикатор магнитной бури своими руками

Резистор 2.2 кОм, в схеме, 0.125 Вт, через год почернел и яркость лазера ослабла, сейчас стоит на 0.25 Вт.

Индикатор магнитных бурь. На скотч положить нитку, затем приложить зеркальце и стрелку компаса . Иголкой, через крышку бутылки пропустить нитку , закрепить кусочком пластилина. Стрелку сдвинуть поворотом бутылки от магнитных линий земли хотя бы на 40 градусов.

Сдвиг стрелки под действием магнитных бурь очень приличный, ход отраженного зайчика метра два по стене, с четырёх где-то метров. То, что на самом деле, в данном месте, в это время, не усреднённое.

Здесь вращающая сила закрученной нити уравновешена силой магнитного поля действующего на стрелку.

В прошлом году, осенью, обычно зайчик двигается недалеко, вдруг пошёл пошёл, в течении часа — срелка встала перпендикулярно полю и перекрутилась.

Было ощущение нереальности, какой-то прозрачности и отдалённости.

По этой схеме светит не ярко, днём зайчик не найдёшь. а вечером нормально виден.

Скотч — два года держит зеркальце и стрелку, можно конечно сделать и получше.

Создаётся впечатление, что магнитное поле Земли постепенно слабеет.

Источник

Как самому сделать вариометр (магнитометр)

Как самому сделать вариометр (магнитометр)

Можно ли самому следить за возмущениями магнитного поля Земли? Ответ очевиден — да, можно, и проще всего для этого регулярно просматривать данные ближайшей магнитной обсерватории в сети Интернет. Ну а если у Вас нет рядом компьютера и сети Интернет, и Вы живете в том регионе России, где рядом нет магнитной обсерватории, Вы можете сами сделать устройство, которое поможет Вам судить о состоянии магнитного поля Земли. Вдобавок к бытовому термометру и барометру, компас может быть таким же простым и полезным устройством для фиксации возмущений магнитного поля Земли. Не пытайтесь увидеть, как стрелка компаса мечется во время магнитной бури – эта картина на совести авторов художественных произведений. Одна из самых больших магнитных бурь за последние 100 лет на широте Москвы наблюдалась в октябре 2003 года – максимальное отклонение в горизонтальной составляющей достигало величины около 2000 нТл, что при величине самой компоненты Н в 17000 нТл составляет всего 10 %. С учетом того, что такое изменение длится единицы и десятки минут – т.е. сам процесс изменения магнитного поля достаточно медленный – Вам нужно не отводить взгляд от стрелки компаса не менее 15 минут, чтобы заметить такое отклонение. Понятно, что поймать такой момент практически невозможно, не имея системы непрерывной регистрации вариаций магнитного поля. Следует иметь ввиду, что регулярная солнечно-суточная вариация при спокойном поле составляет величину в пределах 30-40 нТл, т.е. 0,05 %, при средних магнитных бурях отклонение составляет 200-300 нТл, т.е. около 0,5 %. Отсюда ясно, что прибор для наблюдения за возмущениями магнитного поля должен представлять собой достаточно чувствительный датчик с электронной регистрацией.

В качестве примера можно посмотреть разработку простых устройств для наблюдения вариаций магнитного поля своими силами на сайте лаборатории физики ионосферы Ланкастерского Университета http :// www . dcs . lancs . ac . uk / iono / aurorawatch / detectors / results . html или на сайте проекта POETRY ( PublicOutreach , Education , Teaching andReaching Youth ), см. http :// image . gsfc . nasa . gov / poetry / . Для начала можно попробовать собрать самый простой детектор возмущений – магнит на подвесе в пластиковой бутылке. Для отсчета показаний используют зеркало и осветитель, так что отраженный зайчик фиксируют на листе бумаги на некотором удалении от детектора. Регулярно отмечая движения зайчика на бумаге, можно заметить возмущения магнитного поля. На сайтах Ланкастерского Университета и проекта POETRY вся конструкция представлена настолько наглядно, что проблем с её повторением не должно быть, детали конструкции самые простые. Но нужно иметь ввиду, что чувствительность такого детектора низкая, и вы сможете фиксировать только большие бури, а такие бури бывают всего несколько раз в году. Более чувствительный детектор можно собрать на базе хорошего компаса. Такая конструкция потребует знания и умения собирать электронные схемы. Детали конструкции представлены на том же сайте Ланкастерского Университета, см. http :// www . dcs . lancs . ac . uk / iono / aurorawatch / detectors / compass . html Схема магнитометра и рекомендации по его сборке представлены на сайте http :// www . sam — europe . de / en / index _ en . html .

Из приведенных сведений можно прийти к заключению, что информация о возмущениях магнитного поля Земли можно получить их многих источников, вплоть до того, что самому вести наблюдения. Понятно, что такие наблюдения будут уступать профессиональным магнитным обсерваториям, но для целей любительских или для образовательных проектов такой подход вполне оправдан.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

ЕГЭ по физике: методика решения задач

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Источник

Как сделать простой детектор электромагнитного поля

Электромагнитное поле. Мы буквально купаемся в нем, ведь любой электроприбор и даже сами провода домашней сети являются источниками этого поля. Невооруженным взглядом электромагнитное поле не увидеть, но вот с помощью приборов можно. И сегодня я расскажу и покажу как сделать простой детектор поля буквально из пары элементов, с помощью которого даже можно отыскать скрытую проводку.

Схема и подготовка материала

За основу я взял простейшую схему которая выглядит так:

Номинал резистора указан от 3 до 4.7 кОм и подбирается он экспериментальным образом. Идеальным вариантом будет установка регулируемого резистора на 5 кОм, который позволит выполнить точную настройку уже собранного детектора.

Чувствительный полевой транзистор n — канального типа в принципе подойдет практически любой, но чтобы не покупать его в магазине достаточно покопаться в своих запасах и найти, например, старую гарнитуру со встроенным микрофоном.

И, разобрав его, извлечь полевой транзистор 596 S.

А так же подготовьте небольшой кусок нетравленой печатной платы, паяльник, олово припой, канцелярский нож, светодиод, держатель для батареи и переключатель.

После того, как все готово можно приступать к сборке нашего с вами детектора.

Сборка детектора

Первым делом нужно подготовить плату. Так как нам с вами необходимо соединить всего лишь несколько деталей, то печатать дорожки и вытравливать плату нет никакого смысла. Поэтому берем плату и канцелярский нож и делаем следующую схему:

После этого, чтобы очистить область где будут припаиваться детали, берем обычную стерку и хорошо очищаем поверхность. А затем залуживаем места контактов.

Все, теперь начинаем припаивать элементы согласно выше представленной схеме. Единственное, когда будете припаивать полевой транзистор, нужно либо заземлить паяльник, либо выключить его из сети. Я просто хорошо разогрел его и на время припаивания выходов полевика, просто выключил паяльник.

А в остальном пайка не должна вызвать у вас затруднений. У меня не нашлось сопротивления на 3 кОм, поэтому я просто соединил два сопротивления на 1 кОм и 2 кОм последовательным образом. Как потом оказалось, 3 кОм оказалось недостаточно и пришлось допаять еще одно сопротивление. И все, наш прибор, регистрирующий электромагнитное поле, готов.

Работа прибора показана в следующем видео:

Заключение

Собрав прибор по этой схеме, вы получите миниатюрный прибор, с помощью которого вы сможете даже отыскать скрытую проводку в вашем доме. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком и поделитесь в социальных сетях. Спасибо за ваше внимание!

Источник

Магнитометрия

Магнитометр предназначен для измерения индукции магнитного поля. В магнитометре используется опорное магнитное поле, которое позволяет посредством тех или иных физических эффектов преобразовать измеряемое магнитное поле в электрический сигнал.
Прикладное применение магнитометров для обнаружения массивных объектов из ферромагнитных (чаще всего, стальных) материалов основано на локальном искажении этими объектами магнитного поля Земли. Преимуществом использования магнитометров в сравнении с традиционными металлодетекторами состоит в большей дальности обнаружения.

Феррозондовые (векторные) магнитометры

Одним из видов магнитометров являются феррозонды. Феррозонд был изобретен Фридрихом Фёрстером (Friedrich Förster)

в 1937 году и служит для определения вектора индукции магнитного поля.

Прочитать о моем прототипе феррозондового магнитометра можно здесь.

Конструкция феррозонда

Простейший феррозонд состоит из пермаллоевого стержня, на котором размещена катушка возбуждения ((drive coil), питаемая переменным током, и измерительная катушка (detector coil).

Пермаллой — сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и 45-82 % никеля. Пермаллой обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость

100 000) и малой коэрцитивной силой. Популярной маркой пермаллоя для изготовления феррозондов является 80НХС — 80 % никеля + хром и кремний с индукцией насыщения 0,65-0,75 Тл, применяется для сердечников малогабаритных трансформаторов, дросселей и реле, работающих в слабых полях магнитных экранов, для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле, для сердечников магнитных головок.
Зависимость относительной магнитной проницаемости от напряженности поля для некоторых сортов пермаллоя имеет вид —

Если на сердечник накладывается постоянное магнитное поле, то в измерительной катушке появляется напряжение четных гармоник, величина которого служит мерой напряженности постоянного магнитного поля. Это напряжение отфильтровывается и измеряется.

двухстержневой феррозонд

В качестве примера можно привести устройство, описанное в книге Каралиса В.Н. «Электронные схемы в промышленности» —

Прибор предназначен для измерения постоянных магнитных полей в диапазоне 0,001 . 0,5 эрстед.
Обмотки возбуждения датчика L1 и L3 включены встречно. Измерительная обмотка L2 намотана поверх обмоток возбуждения. Обмотки возбуждения питаются током частоты 2 кГц от двухтактного генератора с индуктивной обратной связью. Режим генератора стабилизируется по постоянному току делителем на резисторах R8 и R9.

феррозонд с тороидальным сердечником
Одним из популярных вариантов конструкции феррозондового магнитометра является феррозонд с тороидальным сердечником (ring core fluxgate) —

По сравнению со стержневыми феррозондами такая конструкция имеет меньшие шумы и требует создания намного меньшей магнитодвижущей силы.

Этот датчик представляет собой обмотку возбуждения, намотанную на тороидальном сердечнике, по которой протекает переменный ток с амплитудой, достаточной для ввода сердечника в насыщение, и измерительную обмотку, с которой снимается переменное напряжение, которое и анализируется для измерения внешнего магнитного поля.
Измерительная обмотка наматывается поверх тороидального сердечника, охватывая его целиком (например, на специальном каркасе) —

Эта конструкция аналогична первоначальной конструкции феррозондов (конденсатор добавлен для достижения резонанса на второй гармонике) —

В http://motivationtolearn.org/wordpress/?p=1347 описан феррозонд с сердечником из мотка омедненных стальных проводов для телефонии HC-734A диаметром 0,5 мм —

Обмотка возбуждения содержит около 200 витков. Параллельно обмотке включены два конденсатора 0,47 мкФ и 0,22 нФ, которые служат для выделения cинусоиды первой гармоникиcиз прямоугольного сигнала частотой 2,5 кГц, поступающего с выхода (ножка 3) таймера NE555 через потенциометр 10 кОм и конденсатор 10 мкФ.
Измерительная обмотка содержит 500 витков с параллельно включенным конденсатором 3,3 нФ, который настраивает контур в резонанс на частоте второй гармоники 5 кГц.
Автор этого проекта — Graeme Keon:

ортогональный феррозонд
Также применяются ортогональные (orthogonal) феррозонды —

В случае ортогонального феррозонда его сердечник соответствует цилиндрам («бочонкам») (ferrite beads), используемым в ферритовых фильтрах, одетых на различные кабели.
Размеры таких цилиндров отличаются друг от друга —

Принцип работы феррозонда

Феррозонд является разновидностью ферроиндукционного преобразователя. Главной особенностью таких преобразователей является изменение магнитной проницаемости $\mu$ сердечника под внешним воздействием (механическим, тепловым или магнитным).

Рассмотрим принцип работы феррозонда с тороидальным сердечником.При отсутствии внешнего магнитного поля в измерительной катушке не наводится ЭДС, так как магнитные потоки, создаваемые током обмотки возбуждения в двух половинках сердечника одинаковы по величине и противоположны по направлению и взаимно компенсируются. Если же на сердечник накладывается внешнее магнитное поле, то возникает дисбаланс, так как в одной половинке сердечника это поле складывается с полем возбуждения, а во второй — вычитается. Из-за этого в измерительной обмотке наводится ЭДС, которая имеет вид коротких импульсов.

Для оценки силы внешнего магнитного поля анализируется величина второй гармоники этой ЭДС, так как несимметрия датчика проявляется сильнее в возникновении нечетных гармоник.

Профессиональные феррозондовые магнитометры

Ebinger Magnex

Foerster Ferex

Schiebel Dimads (трехосевой)

Применение феррозондовых магнитометров
Феррозонды используются для поиска полезных ископаемых (например, нефти), контроля багажа, исследования материалов, проверки эффективности магнитного экранирования, поиска подводных трубопроводов.

Инцидент с водородной бомбой (Tybee Bomb)
Наиболее экзотичен случай использования феррозонда для поиска утерянной вблизи калифорнийского берега американской атомной бомбы . Этот инцидент получил название Tybee Bomb. 5 февраля 1958 года пилот бомбардировщика B-47 «Stratojet» был вынужден после столкновения в воздухе с истребителем F-86 «Saberjet» сбросить водородную бомбу Mark 15 с высоты 7200 футов в океан вблизи южного берега необитаемого острова Little Tybee для обеспечения безопасной посадки —

бомба MK15

экипаж B-47
(слева направо — Howard Richardson, Robert Lagerstrom, Leland Woolard)

Бомба так и не была найдена! Подробнее об этом Вы можете прочитать в интересной книге «Chasing Loose Nukes» полковника Derek L. Duke:

Поиск подводных лодок
На сайте Natural Resources Canada в виртуальном музее (http://geomag.nrcan.gc.ca/lab/vm/fluxgate-eng.php) представлен феррозондовый магнитометр, использовавшийся во время Второй Мировой войны для поиска подводных лодок с воздуха —

На сайте John H. Lienhard (http://www.uh.edu/engines/epi2381.htm) представлена фотография самолета в воздухе с подвешенным феррозондом —

Квантовые (скалярные) магнитометры

Другим видов магнитометров являются устройства, основанные на квантовых эффектах.

Протонные магнитометры

Наиболее популярные из квантовых магнитометров — протонные магнитометры (proton precession magnetometer, PPM), в которых используется явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Отличием такого магнитометра от феррозонда является то, что он измеряет только модуль магнитной индукции.
В Физической энциклопедии. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 приведена схема протонного магнитометра —

В протонных магнитометрах сосуд с богатой протонами жидкостью (дистилированная вода, керосин, этиловый спирт) помещают внутрь катушки. Протоны (ядра атомов водорода) ведут себя как микроскопические магниты. По катушке пропускается постоянный ток силой до нескольких ампер, создающий магнитное поле с индукцией около 10 мТл, которое вызывает поляризацию магнитов-протонов в жидкости, и направленное приблизительно перпендикулярно измеряемому магнитному полю. Если затем ток в катушке резко выключить, то магнитное поле, создававшееся этим током, тоже исчезнет, и оси вращения протонов вернутся в свое исходное положение, но это возвращение будет сопровождаться в течение нескольких секунд (время релаксации) прецессией этих осей (ларморовская прецессия) —

При этом в катушке возникает очень слабая (единицы микровольт) затухающая синусоидальная ЭДС с частотой прецессии (ларморовская частота, Larmor frequency), которая зависит от индукции измеряемого магнитного поля — $f = $ ,
где $f$ — частота, Гц; $B$ — индукция измеряемого магнитного поля, нТл.
Коэффициент 23,4875 равен $2\pi L\over M$, где
$L$ — угловой момент протона, $M$ — магнитный момент протона. Он является обратной величиной от Proton Gyromagnetic Ratio = 0,042576 Гц/нТл.
Для измерения частоты прецессии индукционную катушку через усилитель подключают к частотомеру. Чувствительность такого магнитометра может достигать 10 пТл.
Этот используемый многими геофизиками и любителями метод получил название Varian-Packard по фамилиям ученых, опубликовавших статью Packard M., Varian R., Free Nuclear Induction in the Earth’s magnetic field, Phys.Rev. 93, 941 (1954), и известен с 1950-х годов.
Недостатки протонных магнитометров —

требуется очень точное измерение частоты (с точностью до 0,04 Гц для частоты в тысячи Гц) для очень слабого сигнала (единицы микровольт);
подверженность внешним электромагнитным помехам, например, от электропроводки, поэтому протонные магнитометры не эксплуатируются внутри зданий и сооружений.

В Большой Советской Энциклопедии приведена схема протонного магнитометра с двумя катушками —

L — катушка, создающая вспомогательное намагничивающее поле H₀;
П — катушка, в которой возникает ЭДС, обусловленная прецессией ядерных моментов вокруг измеряемого магнитного поля Н;
У — усилитель сигнала;
Ч — частотомер.
Постройка низкобюджетного и эффективного протонного магнитометра описывается на сайте http://www.gellerlabs.com/PMAG%20Docs.htm исследователя Joe Geller —

Катушки этого магнитометра —

Толчком этому проекту послужила статья Nicholas Wadsworth с девизом «Building a sensitive magnetometer and an accurate solid-state timer» в колонке Amateur Scientist журнала Scientific American за февраль 1968 года —

Применение протонных магнитометров
Протонные магнитометры широко используются в археологических исследованиях.
Протонный магнитометр упоминается в научно-фантастической новелле Майкла Крайтона «В ловушке времени» («Timeline«) —
He pointed down past his feet. Three heavy yellow housings were clamped to the front struts of the helicopter. «Right now we’re carrying stereo terrain mappers, infrared, UV, and side-scan radar.” Kramer pointed out the rear window, toward a six-foot-long silver tube that dangled beneath the helicopter at the rear. “And what’s that?” “Proton magnetometer.” “Uh-huh. And it does what?” “Looks for magnetic anomalies in the ground below us that could indicate buried walls, or ceramics, or metal.”

Майкл Крайтон

Цезиевые магнитометры

Разновидностью квантовых магнитометров являются атомные магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой.

цезиевый магнитометр G-858

Магнитометры Оверхаузера

Твердотельные магнитометры

Наиболее доступными являются магнитометры, встроенные в смартфоны. Для Android хорошим приложением, использующим магнитометр, является Physics Toolbox Magnetometer. Страничка этого приложения — http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Настройка магнитометров

Для тестирования феррозонда можно использовать катушки Гельмгольца. Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше их радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две соосно расположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. Такую систему катушек называют также расщепленный соленоид (split solenoid).

В центре системы имеется зона однородного магнитного поля (магнитное поле в центре системы в объеме 1/3 радиуса колец однородно в пределах 1%), что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.

Магнитная индукция в центре системы определяется как $B = \mu _0\,<\left( <4\over 5>\right) >^ <3>\, $,
где $N$ – число витков в каждой катушке, $I$ – ток через катушки, $R$ – средний радиус катушки.

Также катушки Гельмгольца могут быть использованы для экранирования магнитного поля Земли. Для этого лучше всего использовать три взаимно перпендикулярные пары колец, тогда не имеет значения их ориентация.

Источник