Kako rade detektori metala?

Zašto biste želite otkriti metal? Oh, ne znam… možda želiš pronaći zlato u zemlji. Mogli biste iskopati SVU prljavštinu ili pronaći mjesto na kojem se nalazi zlato prije ti kopaš. Ili možda tražite zakopane metalne meteorite. Možete čak upotrijebiti detektor metala da pronađete onaj prsten koji ste izgubili na plaži. Ovi uređaji su vrlo korisni.

Ali znate li kako rade? Aha! Kad bolje razmislite, nije očito. Postoje različite vrste detektora, ali svi se oslanjaju na istu cool fiziku električnih i magnetskih polja. Idemo pogledati, može?

Idi s tokom

Prvo, po čemu se metali razlikuju od drugih materijala? Svaki čvrsti objekt sastoji se od atoma, od kojih svaki ima negativno nabijene elektrone koji zuje oko pozitivne jezgre. U nemetalima poput plastike ili stakla, elektroni se prilično lijepe za svoj izvorni atom.

U metalu poput bakra, međutim, vanjski elektroni slobodno plivaju okolo i dijele ih svi atomi. Zato elektricitet može teći kroz metal — ako primijenite električno polje, dobit ćete protok elektrona u određenom smjeru, što nazivamo električnom strujom. Metali su vodljivi.

Faradayev zakon

Dakle, kako napraviti električno polje? Najjednostavniji način je samo primijeniti naboj na površinu metalnog predmeta dodavanjem malo elektrona na njega—to je ono što radi baterija. Očito, međutim, to neće funkcionirati za naše potrebe. Trebao bi ti pristupiti metalu prije nego što ga pronađeš, što nema smisla.

Ali postoji i drugi put. Ispada da je a promjenjivo magnetsko polje također stvara električno polje. Ovo je osnovna ideja Faradayeva zakona. Ako pomaknete magnet blizu metalnog vodiča, kretanje će stvoriti promjenjivo magnetsko polje koje proizvodi električno polje. Ako je to električno polje u metalu—bum: Dobivate ono što se zove vrtložna struja.

I obrnuto

Ide i na drugu stranu: kao što promjenjivo magnetsko polje stvara električnu struju, električna struja stvara magnetsko polje. Sjećate li se onog starog projekta znanstvenog sajma gdje žicu omotate oko željeznog čavala i spojite krajeve na bateriju? Kada sok poteče, nokat postaje privremeno magnetičan i može pokupiti spajalice.

Ali kao što smo upravo vidjeli, ne treba vam baterija. Promjenjivo magnetsko polje stvara vrtložne struje u metalu, a te vrtložne struje potom stvaraju vlastita magnetska polja. Čekati! Još je luđe. Budući da te vrtložne struje stvaraju magnetska polja, doći će do interakcije između metala i stvari stvarajući promjenjivo magnetsko polje.

Sada ste spremni za svoj prvi, vrlo jednostavan detektor metala. Za stvaranje promjenjivog magnetskog polja koristit ćemo samo pokretni magnet. U demonstraciji ispod, stavio sam magnet na vrh novčića i zatim se brzo povukao. Kretanje stvara vrtložne struje u novčiću, a te struje stvaraju magnetsko polje koje djeluje s magnetom. Vidjeti? Novčići skaču uvis.