指南针是如何工作的

由:马歇尔的大脑

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想知道为什么指南针总是指向北方吗?ATU Images / Getty Images

无论你站在哪里地球,你可以在你的手中拿一个指南针,它会指向北极.多么令人难以置信的整洁和令人惊叹的事情!想象一下,你是在海洋中间,你在每个方向看着你们都在各个方向,你所能看到的一切都是,它是阴影,所以你看不到太阳......在世界上,您知道除非您有指南针告诉您哪种方式是“UP”的方式很久之前GPS卫星以及其他高科技的导航辅助设备,指南针给人类提供了一种简单而廉价的定位方式。

但是指南针的工作原理是什么呢?为什么它对探测小磁场有用,就像我们看到的电磁铁的工作原理还在本文中,我们将回答所有这些问题,我们也会看到如何从头开始创建指南针!

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指南针是一种极其简单的装置。一个磁罗经(与陀螺罗盘相反)由一个小而轻的磁铁组成,磁铁平衡在一个几乎无摩擦的枢轴点上。的磁铁通常被称为a.针的一端通常标记为“N”,代表北方,或者以某种方式着色,以表明它指向北方。在表面上,这就是指南针的全部。

地球的磁场

指南针工作的原因更有趣。事实证明,你可以把地球想象成一个巨大的磁铁棒埋在里面。为了使指南针的北端指向北极,你必须假设埋在地下的条形磁铁的南端在北极,如右图所示。如果你这样想世界,那么你可以看到正常的“异性吸引”磁铁规则将导致指南针的北端指向埋棒磁铁的南端。所以罗盘指向北极。

完全准确地说,条形磁铁并不完全沿着地球的旋转轴运行。它稍微偏离了中心。这种倾斜被称为赤纬大多数好的地图会显示出不同地区的赤纬(因为它会根据你在地球上的位置有所变化)。

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地球的磁场在表面上相当弱。毕竟,行星地球直径近8000英里,因此磁场必须漫长地影响您的指南针。这就是指南针需要拥有的原因轻质磁铁A.无摩擦轴承.否则,地球磁场中就没有足够的力量来转动磁针。

“埋藏在地核中的大磁铁”的类比可以解释为什么地球有磁场,但显然这并不是真正发生的事情。那么真的发生了吗?

没有人知道,但目前有一个工作理论。如上所述,地球的核心被认为在很大程度上由熔化组成(红色的)。但在非常核心,压力是如此之大,即这种过滤铁结晶成固体。由核心散热引起的对流,随着地球的旋转而导致液体铁搬进来旋转模式.认为液态铁层中的这些旋转力导致了围绕自旋轴的弱磁力。

事实证明,因为地球的磁场是如此弱,指南针只不过是一种由任何东西产生的轻微磁场的探测器。这就是为什么我们可以使用指南针来检测携带电流产生的小磁场(见电磁铁的工作原理).

现在让我们看看如何创建自己的指南针。

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创建自己的自制指南针

如果你没有指南针,你也可以像几百年前的人一样自己创造指南针。要创建自己的指南针,你需要以下材料:

  • 针或一些其他电线状块(例如,拉直的纸夹)
  • 小东西漂浮,如一块软木塞,泡沫塑料的底部咖啡杯子,一块塑料或牛奶水罐的帽子
  • 一个盘子,最好是一个馅饼盘,直径9 - 12英寸(23 - 30厘米),里面有大约一英寸(2.5厘米)的水

第一步是……把针转入磁铁.最简单的方法是用另一块磁铁——按下图所示,沿着针敲击磁铁10或20次。

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如果您在房子周围找到磁铁时遇到困难,则两种可能的源包括可开罐器电磁铁你让自己(见电磁铁的工作原理).

将漂浮在水中间的漂浮物放在水中,如下所示。

“浮动水”技术是创造几乎无摩擦的简单方法轴承.把你的磁针放在浮子上。它会慢慢地指向北方。你创造了一个指南针!

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陀螺罗盘

像上一页创建的磁罗盘在使用像船舶这样的移动平台上时有几个问题飞机.它必须是水平的,而且当平台转弯时,它会相当缓慢地自我修正。由于这种趋势,大多数船只和飞机使用陀螺仪罗盘代替。

一个旋转的陀螺仪,如果在框架中支撑并向上旋转,将保持其指向的方向,即使框架移动或旋转。在陀螺罗盘中,这种趋势被用来模拟磁罗盘。在旅行开始时,陀螺罗盘的轴以磁罗盘作为参考指向北方。一个电动机陀螺仪内部保持陀螺仪旋转,因此陀螺仪将继续指向北方,并将迅速而准确地调整自己,即使船在波涛汹涌的海面或飞机遇到湍流。陀螺罗经定期对照磁罗经进行检查,以纠正它可能发现的任何误差。

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