Hur kompasser fungerar

Oavsett var du står på jorden kan du hålla en kompass i handen och den pekar mot Nordpolen. Vilken otroligt snygg och fantastisk sak! Föreställ dig att du befinner dig mitt i havet, och att du ser runt dig i alla riktningar och allt du kan se är vatten, och det är molnigt så att du inte kan se solen ... Hur i all världen skulle du veta vilket sätt du ska gå om du inte hade en kompass för att berätta vilken väg är "upp"? Långt innan GPS-satelliter och andra högteknologiska navigationshjälpmedel gav kompassen människor ett enkelt och billigt sätt att orientera sig.

Men vad får en kompass att fungera som den gör? Och varför är det användbart för att upptäcka små magnetfält, som vi såg i Hur elektromagneter fungerar? I den här artikeln kommer vi att besvara alla dessa frågor, och vi kommer också att se hur man skapar en kompass från början!

En kompass är en extremt enkel enhet. EN magnetisk kompass (i motsats till en gyroskopisk kompass) består av en liten, lätt magnet balanserad på en nästan friktionslös vridpunkt. Magneten kallas i allmänhet a nål. Den ena änden av nålen är ofta markerad "N" för norr eller färgas på något sätt för att indikera att den pekar mot norr. På ytan är det allt som finns för en kompass.

1. Jordens magnetfält
2. Skapa din egen hemlagade kompass
3. Den gyroskopiska kompassen

Anledningen till att en kompass fungerar är mer intressant. Det visar sig att du kan tänka på jorden som att ha en gigantisk barmagnet begravd inuti. För att kompassens norra ände ska peka mot Nordpolen, måste du anta att den begravda stångmagneten har sin södra ände vid Nordpolen, som visas i diagrammet till höger. Om du tänker på världen på detta sätt kan du se att de normala "motsatserna lockar" magnetereglerna skulle få kompassnålens norra ände att peka mot södra änden av den begravda stångmagneten. Så kompassen pekar mot Nordpolen.

För att vara helt exakt kör stångmagneten inte exakt längs jordens rotationsaxel. Det är snett lite från mitten. Detta skev kallas deklination, och de flesta bra kartor indikerar vad deklinationen är i olika områden (eftersom den förändras lite beroende på var du är på planeten).

Jordens magnetfält är ganska svagt på ytan. När allt kommer omkring är planeten Jorden nästan 8 000 mil i diameter, så magnetfältet måste resa långt för att påverka din kompass. Det är därför en kompass måste ha en lätt magnet och friktionsfritt lager. Annars finns det inte tillräckligt med styrka i jordens magnetfält för att vrida nålen.

Analysen "storstångmagnet begravd i kärnan" fungerar för att förklara varför jorden har ett magnetfält, men det är uppenbarligen inte det som verkligen händer. Än sen då är händer verkligen?

Ingen vet säkert, men det finns en arbetsteori som för närvarande gör rundorna. Som framgår av ovanstående tros jordens kärna till stor del bestå av smält järn (rött). Men i själva kärnan är trycket så stort att detta superhot-järn kristalliseras till ett fast ämne. Konvektion orsakad av värme som strålar från kärnan, tillsammans med jordens rotation, orsakar flytande järn att flytta i en rotationsmönster. Det antas att dessa rotationskrafter i det flytande järnskiktet leder till svaga magnetiska krafter runt rotationsaxeln.

Det visar sig att eftersom jordens magnetfält är så svagt, är en kompass ingenting annat än en detektor för mycket små magnetfält som skapas av någonting. Det är därför vi kan använda en kompass för att upptäcka det lilla magnetfältet som produceras av en tråd som bär en ström (se Hur elektromagneter fungerar).

Låt oss nu titta på hur du kan skapa din egen kompass.

Om du inte har en kompass kan du skapa din egen på ungefär samma sätt som människor gjorde för hundratals år sedan. För att skapa din egen kompass behöver du följande material:

• En nål eller något annat trådliknande stålstycke (till exempel en rak pappersklämma)
• Något litet som flyter som en korkbit, botten av en kaffekopp med pyrofoam, en bit plast eller locket från en mjölkkanna
• En skål, företrädesvis en pajplatta, 23 till 30 tum (23 till 30 cm) i diameter, med cirka en tum (2,5 cm) vatten i den

Det första steget är att vänd nålen till en magnet. Det enklaste sättet att göra detta är med en annan magnet - stryk magneten längs nålen 10 eller 20 gånger som visas nedan.

Om du har problem med att hitta en magnet runt huset inkluderar två möjliga källor en burköppnare och en elektromagnet som du gör själv (se Hur elektromagneter fungerar).

Placera din flottör i mitten av din skål med vatten som visas nedan.

Tekniken "float on water" är ett enkelt sätt att skapa ett nästan friktionslöst lager. Centrera din magnetiska nål på flottören. Det kommer mycket långsamt att peka mot norr. Du har skapat en kompass!

En magnetkompass som den som skapades på föregående sida har flera problem när den används på rörliga plattformar som fartyg och flygplan. Det måste vara jämnt, och det tenderar att korrigera sig ganska långsamt när plattformen svänger. På grund av denna tendens använder de flesta fartyg och flygplan gyroskopiska kompasser istället.

Ett snurrande gyroskop, om det stöds i en förknippad ram och snurrat upp, kommer att bibehålla den riktning som den pekar mot även om ramen rör sig eller roterar. I en gyrokompass används denna tendens för att emulera en magnetisk kompass. I början av resan pekas gyrokompassets axel mot norr med en magnetisk kompass som referens. En motor inuti gyrokompasset gör att gyroskopet snurrar, så att gyrokompasset fortsätter att peka mot norr och kommer att justera sig snabbt och exakt även om båten är i grovt hav eller planet träffar turbulens. Med jämna mellanrum kontrolleras gyrokompasset mot magnetkompassen för att korrigera eventuella fel som kan uppstå.

För mer information om kompasser, navigering och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Varför rör Nordpolen sig?
• Hur man hittar riktigt norr
• Kompassquiz
• Hur elektromagneter fungerar
• Hur gyroskop fungerar
• Hur GPS-mottagare fungerar
• Hur Magna Doodle fungerar
• Hur elektromagnetisk framdrivning kommer att fungera  

Fler bra länkar

• Hur man använder en kompass
• Förstå och använda ett kompass
• Komma på kursinlärningskompass och kartbas
• Ursprunget till jordens magnetism
• Laboratorium för jordens magnetism