Sådan fungerer kompasser

Uanset hvor du står på Jorden, kan du holde et kompas i din hånd, og det vil pege mod Nordpolen. Hvad en utroligt pæn og forbløffende ting! Forestil dig, at du er midt i havet, og du ser dig omkring i alle retninger, og alt hvad du kan se er vand, og det er overskyet, så du ikke kan se solen ... Hvordan i all verden ville du vide, hvilken vej du skal gå medmindre du havde et kompas til at fortælle dig, hvilken vej der er "op"? Længe før GPS-satellitter og andre højteknologiske navigationshjælpemidler gav kompasset mennesker en let og billig måde at orientere sig på.

Men hvad får et kompas til at fungere, som det gør? Og hvorfor er det nyttigt til at registrere små magnetiske felter, som vi så i Hvordan elektromagneter fungerer? I denne artikel vil vi besvare alle disse spørgsmål, og vi vil også se, hvordan man opretter et kompas fra bunden!

Et kompas er en ekstremt enkel enhed. EN magnetisk kompas (i modsætning til et gyroskopisk kompas) består af en lille, letvægtsmagnet afbalanceret på et næsten friktionsløs drejepunkt. Magneten kaldes generelt a nål. Den ene ende af nålen er ofte markeret "N" for nord eller farvet på en eller anden måde for at indikere, at den peger mod nord. På overfladen er det alt, hvad der er til et kompas.

1. Jordens magnetfelt
2. Oprettelse af din egen hjemmelavede kompas
3. Det gyroskopiske kompas

Årsagen til, at et kompas fungerer, er mere interessant. Det viser sig, at du kan tænke på Jorden som at have en gigantisk barmagnet begravet inde. For at den nordlige ende af kompasset skal pege mod Nordpolen, Du må antage, at den nedgravede stangmagnet har sin sydlige ende ved Nordpolen, som vist på diagrammet til højre. Hvis du tænker på verden på denne måde, kan du se, at de normale "modsætninger tiltrækker" magneteregler ville få den nordlige ende af kompasnålen til at pege mod sydenden af ​​den nedgravede stangmagnet. Så kompasset peger mod Nordpolen.

For at være helt nøjagtig løber stangmagneten ikke nøjagtigt langs jordens rotationsakse. Det er skævt lidt fra midten. Dette skævhed kaldes deklination, og de fleste gode kort viser, hvad deklinationen er i forskellige områder (da den ændrer sig lidt afhængigt af hvor du er på planeten).

Jordens magnetfelt er ret svagt på overfladen. Når alt kommer til alt er planeten Jorden næsten 8.000 miles i diameter, så magnetfeltet skal rejse langt for at påvirke dit kompas. Derfor skal et kompas have en letvægtsmagnet og a friktionsfri pejling. Ellers er der bare ikke nok styrke i jordens magnetfelt til at dreje nålen.

Den "store stangmagnet begravet i kernen" -analogen fungerer til at forklare, hvorfor Jorden har et magnetfelt, men det er naturligvis ikke, hvad der virkelig sker. Og hvad så er virkelig sker?

Ingen ved med sikkerhed, men der er en arbejdsteori, der i øjeblikket runder rundt. Som det ses ovenfor, menes Jordens kerne stort set at bestå af smeltet jern (rødt). Men i kernen er trykket så stort, at dette superhot-jern krystalliserer til et fast stof. Konvektion forårsaget af varme, der stråler fra kernen, sammen med jordens rotation, forårsager flydende jern at flytte i en rotationsmønster. Det antages, at disse omdrejningskræfter i det flydende jernlag fører til svage magnetiske kræfter omkring spin-aksen.

Det viser sig, at fordi jordens magnetfelt er så svagt, er et kompas intet andet end en detektor for meget lette magnetfelter skabt af noget. Derfor kan vi bruge et kompas til at detektere det lille magnetiske felt, der produceres af en ledning, der bærer en strøm (se Sådan fungerer elektromagneter).

Lad os nu se på, hvordan du kan oprette dit eget kompas.

Hvis du ikke har et kompas, kan du oprette dine egne på samme måde som folk gjorde for hundreder af år siden. For at oprette dit eget kompas, har du brug for følgende materialer:

• En nål eller et andet trådlignende stykke stål (f.eks. En udglat papirclips)
• Noget lille, der flyder som et stykke kork, bunden af ​​en Styrofoam kaffekop, et stykke plast eller hætten fra en mælkekande
• En skål, fortrinsvis en tærteplade, 23 til 30 cm (23 til 30 cm) i diameter, med cirka en tomme (2,5 cm) vand i den

Det første trin er at drej nålen til en magnet. Den nemmeste måde at gøre dette på er med en anden magnet - stryg magneten langs nålen 10 eller 20 gange som vist nedenfor.

Hvis du har problemer med at finde en magnet rundt om i huset, inkluderer to mulige kilder en dåseåbner og en elektromagnet, som du selv fremstiller (se Sådan fungerer elektromagneter).

Placer din svømmer i midten af ​​din skål med vand som vist nedenfor.

Teknikken "float on water" er en nem måde at skabe en næsten friktionsfri leje. Center din magnetiske nål på float. Det peger meget langsomt mod nord. Du har oprettet et kompas!

Et magnetkompass som det, der blev oprettet på forrige side, har flere problemer, når det bruges på bevægelige platforme som skibe og fly. Det skal være plant, og det har en tendens til at korrigere sig temmelig langsomt, når platformen drejer. På grund af denne tendens bruger de fleste skibe og fly i stedet for gyroskopiske kompasser.

Et drejende gyroskop, hvis det understøttes i en limt ramme og spundet op, opretholder den retning, det peger mod, selvom rammen bevæger sig eller roterer. I en gyrokompass bruges denne tendens til at efterligne et magnetisk kompas. Ved starten af ​​turen peger gyrokompassets akse mod nord ved hjælp af et magnetisk kompas som reference. En motor inde i gyrokompasset holder gyroskopet til at dreje, så gyrokompasset fortsætter med at pege mod nord og justerer sig hurtigt og nøjagtigt, selvom båden er i uslebne sø, eller flyet rammer turbulens. Gyrocompass kontrolleres periodisk mod magnetkompasset for at rette enhver fejl, det måtte opstå.

For mere information om kompasser, navigation og relaterede emner, se linkene på næste side.

Relaterede artikler

• Hvorfor bevæger Nordpolen sig?
• Sådan finder du sandt nord
• Kompass-quiz
• Sådan fungerer elektromagneter
• Sådan fungerer gyroskoper
• Sådan fungerer GPS-modtagere
• Sådan fungerer Magna Doodle
• Sådan fungerer elektromagnetisk fremdrift  

Flere gode links

• Sådan bruges et kompas
• Forståelse og brug af et kompas
• At komme på kursus Læringskompas og kort grundlæggende
• Oprindelsen af ​​Jordens magnetisme
• Laboratorium for jordens magnetisme