قطب نما
طرز كار قطب نما

عقربه قطب نما هنگام باز نمودن درب آن ، آزاد شده و حول

محور خود مي‌چرخد و سپس به علت نيروي مغناطيسي كره زمين هميشه در يك جهت معين كه همان قطب شمال

مغناطيسي است مي‌استد و آن را به ما نشان مي‌دهد.

عقربه مذكور هيچگاه اشتباه نمي‌كند مگر آنكه در نزديكي اشياي آهني يا فولادي و يا كابلي قرار گرفته باشد . بنابراين ، هنگام استفاده از قطب نما بايستي مطمئن شويم كه از اشياي انحراف دهنده آن ، بطور كلي دور است.

كاربردهاي قطب نما

به كمك قطب نما مي‌توانيم گراي مغناطيسي كليه امتدادهاي مورد نظر را اندازه گرفته و با در دست داشتن گراي مغناطيسي يك امتداد ، جهت يابي بكنيم .

در كشتي ها و هواپيماها براي جهت يابي از آن استفاده مي‌شود.

در صنايع نظامي كاربرد وسيعي دارد از جمله ديده‌بان‌ها در مناطق عملياتي به كمك آن جهت يابي مي‌كنند.

در صنايع مخابرات ، كارهاي پژوهشي و ساختمان قبله نماها به كار برده مي شود.

پيشرفته قطب نماي

قطب نماهاي پيشرفته كه بيشتر در صنايع مخابرات و امور نظامي به كار برده مي‌شوند، مجهز به سلول‌هاي شب نما مي‌باشند كه حتي در تاريكي شب عمل جهت نمايي را صورت دهند. اين نوع قطب نماها در دوربين‌هاي دو چشمي نظامي ، تانك‌ها ، نفربرها و حتي در ساختمان برخي خودروهاي پيشرفته نيز به كار مي رود .

از قطب نماهاي پيشرفته در اندازه گيري طول جغرافيايي و عرض جغرافيايي محل نيز استفاده مي‌كنند كه در نقشه خواني ، پياده سازي عمليات نظامي ، ديده باني در مناطق جنگي و ... نقش تعيين كننده دارند.
نگاه اجمالی
یونانیان باستان بیش از 2500 سال پیش با پدیده آهنربایی آشنا بودند. تالس که اغلب از او به عنوان پدر علم یونان یاد می‌شود. ماده کانی مگنتیت Fe3O4 آهن را می‌رباید شناخت. همانگونه که می‌دانید ماده‌های دارای این ویژگی را آهنربا می‌نامند. چینیان باستان نیز با ویژگیهای مغناطیسی برخی از سنگهای آهنربا آشنایی داشتند و تکه‌هایی از سنگها را بصورت قطب نمای ساده در دریانوردی بکار می‌بردند.

در آهنربا (به هر شکلی که باشد) دو ناحیه وجود دارد که خاصیت آهنربایی در آن بیش از قسمتهای دیگر است. این ناحیه‌ها را قطبهای آهنربا می‌نامند. می‌دانید که عقربه مغناطیسی همواره در جهت معینی می‌ایستد، به گونه‌ای که یک قطب معین آن تقریبا به طرف شمال و قطب دیگر آن به طرف جنوب قرار می‌گیرد. قطبی را که بسوی شمال تمایل دارد قطب N و قطب جنوب گرا را قطب S می‌نامند.






مغناطیس یا آهنربا
اکسید آهن طبیعی ، کبالت ، نیکل این خاصیت را دارند که براده‌های آهن را به خود جذب می‌کنند، این خاصیت را خاصیت آهنربایی می‌نامند. برای اولین بار سنگ آهن طبیعی از محلی به نام ماگنزیا کشف شده است، به همین دلیل آهنربا را مغناطیس می‌نامند.
قطبهای آهنربا
در هر آهنربا مکانهایی وجود دارد که در آنها اثر نیروی جاذبه مغناطیس بیش از جاهای دیگر است، این مکانها را قطبهای آهنربا می‌گویند. هر گاه یک آهنربای تیغه‌ای را بوسیله نخی آویخته بطور آزاد رها کنیم، در سطح افقی چند نوسان انجام داده در راستای تقریبی شمال و جنوب زمین قرار می‌گیرد. در این وضعیت قطبی از آهنربا که بسوی شمال متوجه است قطب شمال یاب و قطب N ، قطبی که بسوی جنوب متوجه است قطب جنوب یاب یا قطب S نامیده می‌شود. قطبهای همنام به یکدیگر نزدیک شوند، بخوبی می‌توانید نیروی رانش بین قطبهای همنام را احساس کنید.






محور مغناطیسی و نصف النهار مغناطیسی
محور مغناطیسی خطی است که قطبین آهنربای آویخته شده را به یکدیگر متصل می‌کند. نصف النهار مغناطیسی صفحه فرضی قائمی است که از محور مغناطیسی آهنربای آویخته شده که در اثر آهنربایی زمین در راستای تقریبی شمال و جنوب زمین ایستاده است و از مرکز زمین می‌گذرد.
تشخیص قطبهای یک آهنربا
برای آنکه قطبهای یک آهنربا مشخص شود یکی از قطبهای آن را به قطب N آهنربای شناخته شده که آویزان است نزدیک می‌کنیم اگر همدیگر را دفع کردند این دو قطب همنام خواهند بود.
کاربرد تعیین قطبهای آهنربا
القای خاصیت مغناطیسی
وقتی که آهنربا در نزدیکی میخ قرار می‌گیرد. در میخ خاصیت مغناطیسی القاء می‌شود. اگر قطب N آهنربا را نزدیک به سر میخ بیاوریم، خاصیت آهنربا طوری القاء می‌شود که آن سر ، قطب S و سر دورتر قطب N شود. ربایش بین دو قطب غیر همنام (N در آهنربا و S در میخ) سبب ربوده شدن میخ به سمت آهنربا می‌شود. این پدیده را القای خاصیت مغناطیسی می‌نامند. با دور کردن آهنربای اصلی ، خاصیت آهنربایی القاء شده نیز از بین می‌رود. علاوه بر خاصیت آهنربایی که در اثر القاء در یک قطعه آهن ، نیکل یا کبالت ایجاد می‌شود. همواره بصورتی است که قطعه یاد شده جذب آهنربای اصلی می‌شود.






میدان مغناطیسی
در فضای اطراف یک آهنربا نیز خاصیتی وجود دارد که در اثر آن در قطعه‌های آهنی خاصیت آهنربایی القاء شود و بر قطبهای آهنرباهای دیگر نیرویی وارد می‌شود. برای مثال هر گاه یکی از قطبهای آهنربای میله‌ای را به یک عقربه مغناطیسی که در راستای تقریبی شمال و جنوب جغرافیایی بر روی پایه‌ای قرار دارد، نزدیک کنیم می‌بینیم که عقربه مغناطیسی می‌چرخد. در این وضع اگر آهنربا را دور کنیم عقربه دوباره در راستای تقریبی شمال وجنوب محل قرار می‌گیرد. این آزمایش وجود خاصیتی را در محیط اطراف یک آهنربا نشان می‌دهد، خاصیتی را که در اطراف آهنربا ایجاد می‌شود و به موجب آن به عقربه مغناطیسی نیرو وارد می‌شود، میدان مغناطیسی می‌نامند.
جهت میدان مغناطیسی
هنگامی که یک عقربه مغناطیسی را در میدان مغناطیسی یک آهنربا قرار می‌دهیم، عقربه می‌چرخد و در جهت معینی می‌ایستد. اگر آهنربا را در امتداد جدید قرار دهیم. عقربه مغناطیسی نیز خواهد چرخید و در جهت دیگری قرار خواهد گرفت. میدان مغناطیسی در هر نقطه بنا به تعریف هم راستای عقربه مغناطیسی است که در آن نقطه به حال تعادل در آمده باشد و سوی آن از S به N آن است. به این ترتیب می‌توانیم بگوییم: هنگامی که آهنربا در نزدیکی عقربه مغناطیسی قرار می‌گیرد، عقربه می‌چرخد تا در امتداد میدان مغناطیسی آهنربا قرار گیرد و قطب N آن سوی میدان مغناطیسی را نشان می‌دهد.
اطلاعاتی درباره ی قطب شمال
قطب شمال شمالی‌ترین نقطه زمین را قطب شمال می‌گویند. اما این تعریف بسیار کلیتر از آن است که به توان آن‌را به کار برد. قطب شمال برحسب کاربرد انواع مختلفی دارد که در زیر می‌آید:
قطب شمال جغرافیایی قطب شمال جغرافیایی که به آن قطب شمال حقیقی نیز می‌گویند، نزدیک به شمالی‌ترین نقطه که محور زمین سطح آ‌ن‌را قطع می‌کند، است. قطب شمال جغرافیایی عرض جغرافیایی 90 درجه شمالی را تعیین می‌کند. از هر جهتی که از این نقطه شروع به حرکت کنید، همیشه در جهت جنوب حرکت خواهید کرد. این قطب در اقیانوس منجمد شمالی واقع است. تا قرن 19 میلادی تصور مردم بر این بود که این قطب جایی است که محور چرخش زمین سطح زمین را قطع می‌کند. ولی امروزه منجمان به اختلاف عرض جغرافیایی مسلمی پی بردند که برای یک نقطه ثابت روی زمین با رصد ستارگان تعییین می‌شود. این اختلاف یک دوره در حدود 435 روز دارد و قسمت دوره‌ای آن امروزه پس از کاشف آن Chandler wobble گفته می‌شود. مطلوب است که سیستم مختصات زمین (طول و عرض جغرافیایی و بلندی‌ها یا کوه شناسی) برای ترمیم ناهمواری‌ها متناسب شود. قطعاً توده قاره‌ای داده شده و پستی بلندی‌های زمین مربوط به آتشفشان‌ها، فرسایش و از این قبیل، هیچ سیستمی وجود ندارد که تمام عوامل جغرافیایی اصلاح شده باشد. به هر حال سرویس سیستم‌های جهانی چرخش و مرجع زمین (IERRSS) و اتحاد جهانی نجومی (IAU) چهارچوبی تعریف کرده است که سیستم جهانی مرجع خاکی نامیده می‌شود که وظیفه مطلوب را انجام می‌دهد. قطب شمال این سیستم امروزه قطب شمال جغرافیایی را تعیین (تعریف) می‌کند و کاملاً بر محور چرخش منطبق نیست. بر اساس اصل قطاع دایره، کانادا ادعای حق حاکمیت خود بر تمام راه‌های منتهی به قطب شمال جغرافیایی را کرده است. هیچ خشکی در این منطقه وجود ندارد و معمولی از یخ پوشیده است. نظریه زیر ادعای کانادا 770 کیلومتر مجادله‌آمیز از اقیانوس بین قطب و شمالی‌ترین نقطه کاناداست و چندین ملت، ازجمله آمریکا، با این تصور که قطب شمال در آبهای بین‌المللی قرار ندارد، مبارزه می‌کنند.
تعریف قطب شمال زمین قطب شمال را می‌توان به چهار روش تعریف کرد. معمولا فقط دو روش اول استفاده می‌شود. به هر طریقی که تعریف شود، قطب شمال در اقیانوس منجمد شمالی واقع است. برخلاف نقطه مقابلش، قطب جنوب، نه بر روی قاره قطبی و نه بر روی هیچ قاره یا جزیره‌ای قرار ندارد. و فقط آب‌های یخ‌زده موقتی هستند. 1. قطب شمال جغرافیایی یا قطب شمال حقیقی، تقریباً شمالی‌ترین نقطه‌ای است که محور چرخش زمین به سطح زمین برخورد می‌کند. 2. قطب شمال مغناطیسی شمالی‌ترین نقطه‌ای است که میدان مغناطیسی عمود بر سطح زمین است. (شیب آن 90 درجه است) 3. قطب شمال جاذبه‌ای، قطب میدان دوقطبی جاذبه زمین است. (در حقیقت قطب جنوب دوقطبی است.) 4. قطب عدم دسترسی شمالی به دورترین نقطه از تمام خطوط ساحلی گفته می‌شود و در 84.03 درجه شمالی و 174.51 درجه غربی واقع است.قطب‌های مشابه در اقیانوس‌های آرام و هند وجود دارند و یک قطب عدم دسترسی سرزمین خشکی در قاره قطب جنوب موجود است.
شمال حقیقی شمال حقیقی یک اصطلاح کشتیرانی (خلبانی) مربوط به جهت قطب شمال نسبت به مکان کشتی (هواپیما) است. شمال حقیقی با شمال شمال مغناطیسی و شمال شبکه‌ای (جهت شمالی در میان خطوط شبکه‌ای نقشه‌کشی) مقایسه می‌شود. جهت شمال واقعی در آسمان‌ها به وسیله قطب شمال آسمانی علامتگذاری می‌شود. برای اغلب مقاصد کاربردی، این قطب مکان ستاره قطبی است. به هر حال، با توجه به انحراف محور زمین، شمال حقیقی در یک هلال که کامل شدن آن تقریباً 25.000 سال طول می‌کشد، می‌چرخد. در حال حاضر (سال 2002) ستاره قطبی در نزدیک‌ترین فاصله خود با قطب شمال سماوی قرار دارد. 2.000 سال پیش (زمان تولد مسیح) نزدیک‌ترین ستاره به قطب شمال سماوی توبان بود. در نقشه‌هایی که نقشه‌برداری زمین‌شناسی توسط ایالات متحده و ارتش ایالات متحده انتشار یافته، شمال حقیقی بوسیله خطی که به یک ستاره پنج‌پر منتهی می‌شود علامتگذاری شده است. نقشه‌هایی که توسط نقشه‌برداری اردنس انتشار یافته، شامل نمودار نشان‌دهنده تفاوت بین شمال حقیقی، شمال شبکه‌ای و شمال مغناطیسی در یک نقطه خاص است.
شمال مغناطیسی شمال مغناطیسی یکی از چندید نقطه‌ای است که در روی سطح زمین به عنوان «قطب شمال» شناخته می‌شوند. تعریف این قطب، نقطه‌ای که میدان مغناطیسی زمین به صورت عمودی و رو به پایین است، در سال 1600 میلادی توسط ویلیام گیلبرت، یکی از ندیمان ملکه الیزابت اول پیشنهاد شد و هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نباید این قطب را با قطب شمال جاذبه‌ای که کاربرد کمتری دارد، اشتباه کرد. شمال مغناطیسی نقطه‌ای است که تمام قطب‌نماهای مغناطیسی نشان می‌دهند. همچنین نظر به اینکه قطب به صورت N در صفحات مدرج قطب‌نماها نشان داده می‌شود و فقط قطب‌های مخالف همدیگر را جذب می‌کنند، شمال مغناطیسی زمین در حقیقت قطب جنوب مغناطیسی است. جهت میدان مغناطیسی یک سیاره می‌تواند عوض شود، حادثه‌ای که به آن واژگونی جاذبه‌ای می‌گویند. قطب‌های زمیناین عمل را در طول تاریخ مرتباً انجام داده‌اند، و 500.000 سال پیش، قطب جنوب مغناطیسی در قطب جنوب بود. تصور می‌شود که این واقعه زمانی اتفاق می‌افتد که گردش آهن و نیکل (کیدمن) مایع در هسته بیرونی زمین منقطع شود و دوباره در جهت مخالف خود را پایدار کند. معلوم نیست چه چیز باعث این پدیده می‌شود.
دوری از محور اصلی مغناطیسی شمال مغناطیسی توسط میدان مغناطیسی زمین تعیین می‌شود و بر شمال حقیقی یا جغرافیایی انطباق ندارد. مکان قطب شمال مغناطیسی به آهستگی با زمان تغییر می‌کند، ولی اکنون در شمالغربی هادسن‌بی در شمال کانادا (حدود 700 کیلومتر دورتر از قطب شمال واقعی) است. نقشه‌ها براساس شمال جغرافیایی هستند چون با زمان تغییر نمی‌کند، بنابراین شمال همیشه در بالای نقشه است. به هر حال اگر بر روی خط مستقیم در جهتی که سوزن قطب‌نما نشان می‌دهد، حرکت کنیم، می‌فهمیم که روی نقشه از جنوب به شمال حرکت نکردیم. این که چقدر مسیر شما از شمال واقعی تغییر کرده‌است به این بستگی دارد که از کجا شروع به حرکت کرده‌ایم. زاویه بین خط مستقیم شمال – جنوب و مسیر حرکت ما دوری از محور اصلی مغناطیسی در ناحیه حرکت ما است. انحراف از محور مغناطیسی تماماً توسط ایالات متحده اندازه‌گیری شده است و می‌تواند قطب‌نمای شما را اصلاح کند. خط بدون انحراف از شمال مغناطیسی میان دریاچه سوپریور شروع می‌شود و از زمین باریکه غربی فلوریدا می‌گذرد. در طول این خط شمال حقیقی منطبق بر شمال مغناطیسی است. اگر در غرب این خط قرار بگیریم، قطب‌نما شرق شمال حقیقی را نشان می‌دهد. مشابهاً اگر در شرق این خط باشیم، مقدار قرائت شده قطب‌نما غرب شمال حقیقی خواهد بود. تمام چیزی که برای اصلاح انحراف از محور اصلی در روی قطب‌نما برای انطباق شمال مغناطیسی با شمال واقعی در شرح نقشه سمت چپ مقیاس نقشه داده شده است.

قطب شمال جاذبه‌ای قطب شمال جاذبه‌ای، نزدیک‌ترین قطب میدان جاذبه زمین به قطب حقیقی است. تقریب درجه اول از میدان مغناطیسی زمین این است که یک دوقطبی مغناطیسی تنها، در حدود 11 درجه از محور چرخش زمین و تمرکز یافته در مرکز زمین انحراف دارد. رسوبیات از میدان غیردوقطبی. قطب‌های جاذبه‌ای مکان‌هایی هستند که محور این دوقطبی سطح زمین را قطع می‌کند. به خاطر آنکه تقریب دوقطبی از تطبیق کامل بر میدان مغناطیسی زمین دوراست، میدان مغناطیسی در قطب‌های جاذبه‌ای کاملاً عمودی نیست. مکان‌های جهت عمودی میدان، قطب‌های مغناطیسی اند و حدود 30 درجه طول جغرافیایی از قطب‌های جاذبه‌ای فاصله دارند. مانند قطب شمال مغناطیسی، قطب شمال جاذبه‌ای، قطب جنوب مغناطیسی است. چون قطب شمال میله آهنربا را جذب می‌کند. قطب شمال جاذبه‌ای در مرکز ناحیه کره مغناطیسی که سپیده‌دم شمالی دیده می‌شود، قرار دارد. مکان کنونی آن در 78 درجه و 30 دقیقه شمالی و 69 درجه غربی، نزدیک کانا در گرینلند است. به هر حال امروزه در حال دور شدن از شمال آمریکا و نزدیک شدن به سیبری است.
قطب عدم دسترسی شمالی قطب عدم دسترسی شمالی واقع در 84 درجه و 3 دقیقه شمالی و 174 درجه و 51 دقیقه غربی، دورترین نقطه از تمام سواحل شمالی و در فاصله 1100 کیلومتری نزدیک‌ترین ساحل است. این نقطه یک قرارداد جغرافیایی و نه یک پدیده فیزیکی واقعی است.