قطب نما چیست و چه انواعی دارد؟

به شکل ساده قطب نما یک آهنربای میله‌ای سبک است (همان سوزن قطب نما) که به راحتی می‌تواند حول محور خود چرخیده و در راستای میدان مغناطیسی زمین (قطب‌ها) قرار گیرد و به این صورت جهت قطب را نشان می‌دهد.

یک سر سوزن قطب نما به رنگ متفاوتی رنگ می‌شود (معمولا قرمز یا سبز) که نشان دهنده جهت قطب شمال است و پس از تشخیص قطب شمال به راحتی می‌توان جهت‌های شرق، غرب و جنوب را تشخیص داد.

در دنیای GPS و گوگل مپ، نیاز به قطب نما به درستی درک نمی‌شود. ولی قطب‌نما یکی از بزرگترین اختراعات تاریخ است و قرن‌هاست به ماجراجویان و کاشفان بسیاری کمک کرده که دریا و زمین جهت‌یابی کنند. به خصوص قطب نما برای دریانوردان نقش بسیار مهمی داشته و دارد.

در هنگام استفاده از قطب نمای مغناطیسی باید آنرا از فلزات فرومغناطیس مانند آهن و همچنین سیم‌های دارای جریان الکتریکی دور کرد تا تحت تاثیر آنها دچار خطا نشوند.

قطب نمای مغناطیسی

معمول‌ترین نوع قطب نما، قطب نمای مغناطیسی است که از یک سوزن مغناطیسی و محفظه نگه دارنده آن تشکیل شده است. میدان مغناطیسی زمین به سوزن قطب نما نیرو وارد کرده و آنرا می‌چرخاند تا در راستای میدان مغناطیسی زمین (قطب شمال و جنوب)، قرار گیرد. سوزن قطب نما بر روی یک محور با اصطکاک کم قرار گرفته و به آسانی می‌تواند حول آن بچرخد، در قطب نماهای بهتر از یاتاقان‌های ظریف جواهرسازی استفاده شده که اصطکاک کم‌تری دارند و سوزن بر روی آنها بهتر می‌چرخد و در نتیجه دقت بالاتری دارند.

قطب‌های مغناطیسی و جغرافیایی زمین بر روی هم منطبق نیستند و به همین دلیل قطب نما جهت قطب جغرافیایی را با مقداری انحراف نشان می‌دهد که این انحراف در نقاط مختلف زمین متفاوت است. بر روی نقشه‌های جهت‌یابی دقیق، معمولا این انحراف نوشته می‌شود تا بتوان با استفاده از قطب نما به درستی مسیریابی کرد. قطب‌های جغرافیایی زمین نقاط ثابتی هستند ولی قطب‌های مغناطیسی به مرور زمان جابجا می‌شوند و به همین دلیل برای افزایش دقت باید از نقشه‌های جدیدتر استفاده کرد که مقادیر انحراف جدید را ذکر کرده‌اند.

قطب نمای ژیروسکوپی

قطب نمای ژیرسکوپی یک قطب نمای غیر مغناطیسی است. این قطب نما مشابه با ژیرسکوپ، دارای یک دیسک است که به سرعت می‌چرخد (با استفاده از موتور الکتریکی) و به کمک نیرویی که از چرخش زمین به آن وارد می‌شود جهت قطب‌های واقعی زمین را مشخص می‌کند.

قطب نماهای ژیرسکوپی به شکل گسترده‌ای در کشتی‌ها استفاده می‌شوند. این قطب نماها دو مزیت عمده بر قطب‌نماهای مغناطیسی دارند؛

  • جهت قطب‌های واقعی (جغرافیایی) زمین را نشان می‌دهند،
  • و تحت تاثیر فلزات مغناطیسی مانند آهن که در ساخت بدنه کشتی به کار می‌روند، قرار نمی‌گیرند.
کشتی‌های بزرگ معمولا از این نوع قطب نماها استفاده می‌کنند و قطب نمای مغناطیسی را فقط به عنوان ذخیره هنگامی که قطب نمای اصلی خراب شد به کار می‌برند. در کشتی‌های کوچک ولی معمولا قطب نماهای مغناطیسی به دلیل هزینه پایین، عدم نیاز به برق، سادگی و قابلیت اطمینان بالا، به کار می‌روند.

قطب نمای ماهواره‌ای (گیرنده‌های GPS)

از گیرنده‌های GPS نیز می‌توان برای پیدا کردن جهت قطب‌های واقعی زمین (قطب‌های جغرافیایی) و بسیاری اطلاعات دیگر، استفاده کرد. اگر حداقل دو آنتن گیرنده به صورت جدا از هم نصب شوند، با در دست داشتن موقعیت دقیق این آنتنها، می‌توان جهت قطب شمال را با دقت بسیار خوبی بدست آورد.

همچنین از گیرنده‌های کوچک و قابل حمل GPS که دارای فقط یک آنتن هستند هم می‌توان جهت قطب را پیدا کرد، البته باید گیرنده در حال حرکت باشد تا موقعیت فعلی را با موقعیت چند ثانیه پیش مقایسه کرده و بتواند جهت قطب شمال را مشخص کند.

این قطب نماها ارزان‌تر از قطب نماهای ژیرسکوپی هستند و برخلاف قطب نماهای ژیرسکوپی که نیاز به چند ساعت کار دارند تا به شکل دقیقی جهت یابی کنند در عرض چند ثانیه می‌توانند شروع به کار کنند.

قطب نمای حالت جامد

قطب نماهای حالت جامد در گوشی‌های موبایل، ساعت‌های هوشمند و سایر تجهیزات الکترونیک کوچک به کار می‌روند.

قطب نمای حالت جامد از دو یا سه سنسور میدان مغناطیسی ساخته می‎شوند که میدان مغناطیسی زمین را حس کرده و با توجه به آن، جهت قطب‌های مغناطیسی را مشخص می‌کنند.