magnetòmetro
Indice
Definizione
sm. [sec. XIX; magneto-+-metro]. Strumento per la misurazione dell'intensità di campi magnetici, in particolare del campo magnetico terrestre e di quello solare. Se sono muniti di un dispositivo registratore, sono detti magnetografi; se sono usati esclusivamente per misurare variazioni del campo magnetico terrestre, sono detti variografi.
Tecnica: i magnetometri ad ago magnetico
Sono sostanzialmente costituiti da un ago magnetico, generalmente sospeso a un filo, libero di ruotare attorno al proprio baricentro. Sfruttano diversi metodi di misurazione tra cui i più importanti sono il metodo delle oscillazioni e il metodo della deviazione. Nel primo caso si porta l'ago in posizione di equilibrio, lo si sposta leggermente e lo si lascia libero di compiere oscillazioni intorno alla posizione iniziale. Conoscendo il momento d'inerzia, I, e il momento magnetico, M, dell'ago si può ricavare la componente H del campo magnetico esterno, nel piano di oscillazione dell'ago, dalla formula
, in cui T è il periodo dell'oscillazione. Con questo metodo si può misurare l'intensità della componente orizzontale del campo magnetico terrestre. Il secondo metodo si fonda sulla misurazione della deviazione dell'ago magnetico rispetto alla sua posizione di equilibrio prodotta da un magnete ausiliario di caratteristiche note che viene progressivamente avvicinato all'apparecchio. La misurazione viene quindi effettuata per confronto.
Tecnica: i magnetometri a bilancia di torsione
Per misurare le componenti verticale e orizzontale del campo magnetico terrestre vengono usati magnetometri a bilancia di torsione. La bilancia di torsione di Haalck è costituita da un ago d'acciaio calamitato sospeso a un filo di quarzo sostenuto all'estremità opposta da una testa di torsione. Sui poli dell'ago magnetico, che si dispone in maniera diversa secondo la componente che si vuole misurare, agisce una coppia prodotta dal campo magnetico terrestre a cui si oppone la torsione del filo. Conoscendo la costante elastica del filo, dall'angolo di rotazione dell'equipaggio mobile si risale alla componente del campo magnetico. La bilancia di Haalck dà solo la misura relativa delle componenti, cioè la differenza di valore tra due punti.
Tecnica: i magnotometri a bilancia magnetica
Permettono di misurare la componente verticale, od orizzontale, o entrambe, di un campo magnetico, generalmente quello terrestre, mediante l'equilibrio di una coppia creata dalla grandezza da misurare con una coppia creata da una forza nota, generalmente la forza di gravità. Un magnetometro ad ago magnetico particolarmente sensibile è la bussola dei seni, costituita da un ago magnetico sospeso a un filo e posto all'interno di una bobina di Helmholtz a uguale distanza dagli avvolgimenti. L'ago magnetico, quando non passa corrente nella bobina, si dispone secondo le linee di forza del campo magnetico terrestre di cui si vuole misurare l'intensità; facendo passare una corrente di intensità nota nella bobina l'ago devia dalla posizione iniziale; si fa allora ruotare la bobina sino a quando l'asse della bobina e la direzione dell'ago non siano paralleli. L'intensità del campo magnetico terrestre si ricava in funzione delle altre grandezze. Lo strumento è strutturalmente analogo alla bussola delle tangenti, usata come galvanometro.
Tecnica: il magnetometro a induzione
È basato sulla misura della corrente indotta dal campo magnetico di cui si vuole conoscere l'intensità in un circuito elettrico in movimento. L'impiego di magnetometri di questo tipo è più rapido e più semplice di quello dei magnetometri ad ago, ma la precisione delle misurazioni è inferiore.
Tecnica: il magnetometro a nucleo saturabile
È costituito da un nucleo ad alta permeabilità magnetica (per esempio di permalloy) attorno al quale è avvolta una bobina percorsa da corrente alternata che produce nel nucleo un flusso di induzione magnetica alternato e simmetrico nei due versi. La presenza del campo magnetico esterno, di cui si vuole misurare l'intensità, determina una magnetizzazione del nucleo di verso costante che si oppone al campo magnetico indotto nel nucleo dalla corrente alternata durante un semiperiodo mentre nel semiperiodo successivo tende a intensificarlo raggiungendo la saturazione. In una seconda bobina, coassiale alla prima, si manifesta una forza elettromotrice indotta asimmetrica e dall'esame di tale asimmetria si ricava l'intensità del campo magnetico esterno, anche se di debole intensità. Questo tipo di magnetometro è molto usato per ricerche geofisiche.
Tecnica: il magnetometro a processione nucleare
È basato sul fatto che a ogni protone è associato un determinato momento magnetico il quale tende ad allinearsi con la direzione di un campo magnetico esterno. È formato da una sonda costituita da un recipiente contenente un liquido idrogenato (per esempio acqua) attorno a cui è avvolto un solenoide che percorso da corrente crea un campo magnetico che determina un orientamento lungo l'asse del solenoide del momento magnetico dei protoni in esso immersi. Annullando bruscamente il campo magnetico del solenoide i protoni iniziano un moto di precessione con asse parallelo alla direzione del campo magnetico che si vuole misurare con una frequenza che dipende dall'intensità di tale campo e dal momento magnetico del protone. Tale moto induce ai capi del solenoide una forza elettromotrice indotta della stessa frequenza. Dalla misurazione molto rapida (pochi secondi), ma di elevata precisione di tale frequenza, ottenuta con un frequenzimetro elettronico, conoscendo il valore del momento magnetico del protone si ricava il valore dell'intensità del campo magnetico. Lo strumento è molto usato per determinazioni del campo magnetico terrestre.
Tecnica: il magnetometro a effetto maser
È basato sulla separazione dei livelli energetici nucleari operata da un campo magnetico esterno e sull'interazione con una radiazione la cui frequenza corrisponda a un salto quantico tra tali livelli. Sono, per esempio, usati i magnetometri a vapori di rubidio, che presentano altissima sensibilità e precisione e possono essere adattati a sonde spaziali e missili per misurazioni di campi magnetici anche molto deboli.