Wie Kompasse funktionieren

Egal wo Sie auf der Erde stehen, Sie können einen Kompass in der Hand halten, der zum Nordpol zeigt. Was für eine unglaublich nette und erstaunliche Sache! Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich mitten im Meer und schauen sich in alle Richtungen um. Alles, was Sie sehen können, ist Wasser. Es ist bewölkt, sodass Sie die Sonne nicht sehen können. Wie um alles in der Welt würden Sie wissen, wohin? Gehen Sie, es sei denn, Sie hatten einen Kompass, der Ihnen sagt, welcher Weg "oben" ist. Lange vor GPS-Satelliten und anderen High-Tech-Navigationshilfen bot der Kompass den Menschen eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, sich zu orientieren.

Aber wie funktioniert ein Kompass so? Und warum ist es nützlich, kleine Magnetfelder zu erfassen, wie wir in Wie Elektromagnete funktionieren? In diesem Artikel werden wir alle diese Fragen beantworten und sehen, wie Sie einen Kompass von Grund auf neu erstellen!

Ein Kompass ist ein extrem einfaches Gerät. EIN magnetischer Kompass (im Gegensatz zu einem Kreiselkompass) besteht aus einem kleinen, leichten Magneten, der auf einem nahezu reibungslosen Drehpunkt balanciert ist. Der Magnet wird allgemein als a bezeichnet Nadel. Ein Ende der Nadel ist oft mit "N" für Norden markiert oder in irgendeiner Weise gefärbt, um anzuzeigen, dass es nach Norden zeigt. An der Oberfläche ist das alles, was ein Kompass zu bieten hat.

1. Erdmagnetfeld
2. Erstellen Sie Ihren eigenen hausgemachten Kompass
3. Der Kreiselkompass

Der Grund, warum ein Kompass funktioniert, ist interessanter. Es stellt sich heraus, dass man sich die Erde als einen riesigen Stabmagneten vorstellen kann. Damit das nördliche Ende des Kompasses in Richtung zeigt Nordpol, Sie müssen davon ausgehen, dass der vergrabene Stabmagnet sein südliches Ende am Nordpol hat, wie in der Abbildung rechts gezeigt. Wenn Sie die Welt so betrachten, können Sie sehen, dass die normale "Gegensätze anziehen" -Regel der Magnete dazu führen würde, dass das Nordende der Kompassnadel zum Südende des vergrabenen Stabmagneten zeigt. Der Kompass zeigt also zum Nordpol.

Um ganz genau zu sein, läuft der Stabmagnet nicht genau entlang der Erdrotationsachse. Es ist leicht außermittig geneigt. Dieser Versatz wird als bezeichnet Deklination, und die meisten guten Karten zeigen an, wie hoch die Deklination in verschiedenen Gebieten ist (da sie sich ein wenig ändert, je nachdem, wo Sie sich auf dem Planeten befinden).

Das Magnetfeld der Erde ist an der Oberfläche ziemlich schwach. Immerhin hat der Planet Erde einen Durchmesser von fast 13.000 km, sodass das Magnetfeld einen langen Weg zurücklegen muss, um Ihren Kompass zu beeinflussen. Deshalb muss ein Kompass eine haben leichter Magnet und ein reibungsfreies Lager. Andernfalls reicht das Erdmagnetfeld einfach nicht aus, um die Nadel zu drehen.

Die Analogie "großer Stabmagnet im Kern vergraben" erklärt, warum die Erde ein Magnetfeld hat, aber offensichtlich passiert das nicht wirklich. Na und ist wirklich passiert?

Niemand weiß es genau, aber es gibt eine Arbeitstheorie, die derzeit die Runde macht. Wie oben zu sehen ist, besteht der Erdkern vermutlich größtenteils aus geschmolzenem Eisen (rot). Aber im Kern ist der Druck so groß, dass dieses superschnelle Eisen zu einem Feststoff kristallisiert. Konvektion, die durch vom Kern abgestrahlte Wärme verursacht wird, zusammen mit der Rotation der Erde, verursacht die flüssiges Eisen sich bewegen in a Rotationsmuster. Es wird angenommen, dass diese Rotationskräfte in der flüssigen Eisenschicht zu schwachen Magnetkräften um die Spinachse führen.

Es stellt sich heraus, dass ein Kompass, weil das Erdmagnetfeld so schwach ist, nichts anderes als ein Detektor für sehr geringe Magnetfelder ist, die von irgendetwas erzeugt werden. Aus diesem Grund können wir einen Kompass verwenden, um das kleine Magnetfeld zu erfassen, das von einem stromführenden Draht erzeugt wird (siehe Funktionsweise von Elektromagneten)..

Schauen wir uns nun an, wie Sie Ihren eigenen Kompass erstellen können.

Wenn Sie keinen Kompass haben, können Sie Ihren eigenen auf die gleiche Weise erstellen, wie es vor Hunderten von Jahren der Fall war. Um Ihren eigenen Kompass zu erstellen, benötigen Sie die folgenden Materialien:

• Eine Nadel oder ein anderes drahtartiges Stück Stahl (z. B. eine gerade Büroklammer)
• Etwas Kleines, das schwimmt, wie ein Stück Kork, der Boden einer Styropor-Kaffeetasse, ein Stück Plastik oder die Kappe eines Milchkruges
• Eine Schale, vorzugsweise eine Tortenplatte mit einem Durchmesser von 23 bis 30 cm (9 bis 12 Zoll) und etwa 2,5 cm Wasser

Der erste Schritt ist zu Verwandle die Nadel in einen Magneten. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist mit einem anderen Magneten - streichen Sie den Magneten 10 oder 20 Mal entlang der Nadel, wie unten gezeigt.

Wenn Sie Probleme haben, einen Magneten im Haus zu finden, können Sie unter anderem einen Dosenöffner und einen Elektromagneten selbst herstellen (siehe Funktionsweise von Elektromagneten)..

Stellen Sie Ihren Schwimmer wie unten gezeigt in die Mitte Ihrer Wasserschale.

Die "Float on Water" -Technik ist eine einfache Möglichkeit, ein nahezu reibungsloses Lager herzustellen. Zentrieren Sie Ihre Magnetnadel auf dem Schwimmer. Es wird sehr langsam nach Norden zeigen. Sie haben einen Kompass erstellt!

Ein Magnetkompass wie der auf der vorherigen Seite erstellte hat mehrere Probleme, wenn er auf sich bewegenden Plattformen wie Schiffen und Flugzeugen verwendet wird. Es muss eben sein und korrigiert sich eher langsam, wenn sich die Plattform dreht. Aufgrund dieser Tendenz verwenden die meisten Schiffe und Flugzeuge stattdessen Kreiselkompasse.

Ein sich drehendes Gyroskop behält, wenn es in einem kardanischen Rahmen gehalten und hochgedreht wird, die Richtung bei, in die es zeigt, selbst wenn sich der Rahmen bewegt oder dreht. In einem Kreiselkompass wird diese Tendenz verwendet, um einen Magnetkompass zu emulieren. Zu Beginn der Fahrt zeigt die Achse des Kreiselkompasses mit einem Magnetkompass als Referenz nach Norden. Ein Motor im Kreiselkompass dreht das Kreisel weiter, sodass der Kreiselkompass weiter nach Norden zeigt und sich schnell und genau anpasst, selbst wenn sich das Boot in rauer See befindet oder das Flugzeug Turbulenzen ausgesetzt ist. In regelmäßigen Abständen wird der Kreiselkompass gegen den Magnetkompass geprüft, um eventuelle Fehler zu korrigieren.

Weitere Informationen zu Kompassen, Navigation und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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