فلزیاب ها چگونه کار می کنند؟

فلزیاب ها مصارف مختلفی دارند؛ در برخی نقاط دنیا از آنها برای کشف سلاح، چاقو و مین های استتار شده استفاده می شود و در جایی دیگر برای کشف فلزات گرانبها استفاده می کنند. در ادامه نگاهی خواهیم داشت به عملکرد این دستگاه ها.

ملاقات مغناطیس با الکتریسیته

اگر در رشته ریاضی تحصیل کرده باشید احتمال دارد که در دروس آزمایشگاه طرز کار میدان های الکترومغناطیس را دیده باشید. این میدان ها با پیچاندن سیم به دور میخ و اتصال دو سر سیم به باتری ساخته می شوند. در واقع مغناطیس و الکتریسیته مانند زوج هایی جدانشدنی هستند: یعنی اگر یکی از آنها باشد دیگری هم هست و این دو هیچوقت از هم فاصله ندارند.

انسان نیز با کشف این رابطه از آن در زندگی هر روزه خود بهره گرفته است. هر زمان که یکی از وسایل برقی را مورد استفاده قرار می دهیم از این رابطه نزدیک میان الکتریسته و مغناطیس استفاده می کنیم. الکتریسیته مورد استفاده انسان نیز از نیروگاه های برق می آید که توسط ژنراتورها تولید می شود (ژنراتور قرقره ای بسیار بزرگ از سیم مسی است). وقتی این سیم ها با سرعتی بالا درون یک میدان مغناطیسی حول خود می چرخند الکتریسیته به طرزی معجزه آسا درون آنها تولید می شود. در نیروگاه ها با مهار کردن این نیرو برق مصرفی شهرها تولید می شود.

لوازم برقی موجود در منازل همگی حاوی موتورهای الکتریکی هستند که درست برعکس ژنراتورها کار میکنند: یعنی با جریان یافتن الکتریسیته به داخل آنها نوعی میدان مغناطیسی درون قرقره ای از سیم ایجاد می کنند که به میدان ایجاد شده حول یک آهنربا نیرو وارد می کند و اینگونه می شود که موتور شروع به چرخیدن می کند.

به طور خلاصه میتوان از الکتریسیته برای تولید مغناطیس و از مغناطیس برای تولید الکتریسیته استفاده کرد. یکی از فیزیکدانان باهوش اسکاتلندی به نام جیمز کلرک مکس ول که در قرن نوزدهم میلادی می زیست در دهه ۱۸۶۰ میلادی با استفاده از همین قانون چهار فرمول ساده ریاضی را کشف کرد که تحت عنوان معادلات مکس ول شناخته می شوند. براساس یکی از این فرمول ها هرجا میدان الکتریسیته تغییر کند میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند. فرمول دوم می گوید وقتی میدان مغناطیسی تغییر کند میدان الکتریکی هم تغییر می کند. در واقع مکس ول معتقد بود که الکتریسیته و مغناطیس بخش هایی از یک چیز هستند و آن الکترومغناطیس است. با درک این مساله میتوان به عملکرد دستگاه های فلزیاب پی برد.

 دستگاه های فلزیاب چطور از الکترومغناطیس استفاده می کنند؟

دستگاه های فلزیاب انواع مختلفی دارند و در نتیجه هرکدام به نحوی کار میکنند اما در این مطلب قصد داریم طرز کار یکی از ساده ترین آنها را با شما در میان بگذاریم.

فلزیاب ها شامل یک کوئل (سیمی که دور یک سری فلزی در انتهای یک دسته پیچیده شده). وقتی الکتریسیته درون این کوئل جریان پیدا می کند یک میدان مغناطیسی حول آن ایجاد می شود و وقتی دستگاه را روی زمین حرکت می دهید باعث می شوید که میدان مغناطیسی مجاور به آن نیز حرکت کند.

بنابراین اگر دستگاه را حول یک جسم فلزی تکان دهید میدان مغناطیسی در حال حرکت، اتم های داخل فلز را جابجا می کند و بر نحوه حرکت الکترون ها (ذرات ریزی که حول هسته اتم ها می گردند) اثر می گذارند.

حال اگر میدان مغناطیسی در یک فلز تغییر کند طبق قاعده مکس ول باید شاهد تغییر جریان الکتریکی درون آن نیز باشیم؛ به بیان دیگر فلزیاب نوعی فعالیت الکتریکی را درون فلز ایجاد می کند. اما مکس ول یک فرمول جالب دیگر هم دارد: اگر الکتریسیته درون یک قطعه فلزی حرکت کند مقداری نیروی مغناطیسی تولید می کند. بنابراین وقتی یک فلزیاب را روی یک قطعه فلز حرکت می دهید میدان مغناطیسی ورودی از فلزیاب باعث ایجاد میدان مغناطیسی دیگری حول فلز می شود.

فلزیاب نیز همین میدان مغناطیسی دوم را شناسایی می کند. فلزیاب یک کوئل سیمی ثانویه در سری خود دارد (که به آن کوئل گیرنده می گویند) که به یک مدار متشکل از بلندگو متصل شده. حال اگر یک قطعه فلزی را درون یک میدان مغناطیسی حرکت دهید باعث جریان یافتن الکتریسیته درون آن می شوید (این درواقع طریقه عملکرد ژنراتور است). بنابراین هر زمان که فلزیاب را روی یک قطعه فلز حرکت دهید الکتریسیته داخل کوئل گیرنده جریان می یابد و باعث به صدا در آمدن اسپیکر می شود.

هرچه کوئل فرستند به فلز نزدیک تر شود میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن قوی تر می شود و فلز میدان مغناطیسی قوی تری درون کویل گیرنده ایجاد می کند. در نتیجه جریان الکتریسیته درون بلندگو تقویت شده و صدای بلندتری تولید می شود.

فلزیاب ها تا چه فاصله ای قابلیت تشخیص دارند؟

هیچ پاسخ روشنی به این سوال وجود ندارد زیرا این مساله به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که در ادامه برخی از آنها را برخواهیم شمرد:

• ابعاد، شکل، نوع فلز: پیدا کردن فلزات بزرگ تر به مراتب ساده تر از فلزات کوچک تر است.
• عمر اجسام فلزی: اجسامی که مدت های طولانیست در جایی مدفون شده باشند به احتمال زیاد اکسیده شده اند و در نتیجه پیدا کردنشان با فلزیاب ها دشوار است.
• ماهیت خاک و فضای پیرامونی فلزات

به طور کلی اما فلزیاب ها از فاصله ۲۰ تا ۵۰ سانتی متری کار می کنند.

موارد مصرف فلزیاب ها در کجاست؟

فلزیاب ها صرفا برای پیدا کردن عتیقه کاربرد ندارند و حتما شاهد استفاده از آنها در اسکنرهای فرودگاهی (که برای جلوگیری از ورود اسلحه و چاقو به هواپیماها بوده استفاده می شوند) و ورودی دیگر مناطق امنیتی شامل بیمارستان ها و زندان ها بوده اید. باستان شناسان نیز از این ابزارهای سودمند برای کشف آثار باستانی به جای مانده از گذشته استفاده می کنند. البته در همین ایران خودمان نیز گفته می شود که سارقین از فلزیاب ها برای کشف طلا و فلزات گرانبهای درون منازل استفاده می کنند.

آیا سرقت از منازل با فلزیاب صحت دارد؟

با توجه به قوت گرفتن شایعات در مورد استفاده از دستگاه های فلزیاب برای کشف طلاهای جاساز شده در منازل، چندی پیش سرهنگ موذن معاون مبارزه با سرقت پلیس آگاهی تهران بزرگ اعلام داشت که به خاطر دست و پا گیر بودن و همچنین سنگینی فلزیاب ها و دردسرهای حمل این وسایل سرقت از منازل با کمک این دستگاه ها صحت ندارد.

رضا موذن ضمن اشاره به این نکته که سرعت عمل اهمیت بالایی برای سارقان و ترک سریع محل سرقت دارد، اظهار داشت استفاده از چنین دستگاه هایی برای آنها صرفا باعث اتلاف وقت می شود و تاکنون گزارشی در این باره منتشر نشده است.

مخترع فلزیاب کیست؟

سابقه ساخت فلزیاب ها به سوء قصدی باز می گردد که در جولای ۱۸۸۱ میلادی علیه جیمز گارفیلد رئیس جمهور وقت آمریکا صورت گرفت. در آن زمان یکی از گلوله های اصابت کرده به وی در بدن وی جا ماند و پزشکان نمی توانستند آن را پیدا کنند. الکساندر گراهام بل مخترع تلفن با کمک یک دستگاه الکترومغنازیسی فلزیاب که برپایه اختراع هنریش ویلهلم داو پزشک آلمانی ساخته شده بود تلاش کرد محل گلوله را پیدا کند. البته گراهام بل موفق به این کار نشد و رئیس جمهور آمریکا براثر این سوء قصد درگذشت اما دستگاه بل کار می کرد و بسیاری آن را نخستین فلزیاب تاریخ خواندند.

راهکارهایی برای ایجاد اختلال در عملکرد دستگاه های فلزیاب

اسکات کلارک که بیش از سی سال است از دستگاه های فلزیاب در عرصه باستان شناسی استفاده می کند در پاسخ به این سوال در وبسایت Quora اینطور نوشته:

فلزیاب ها در حضور مقدار زیاد فلزات اورلود می شوند؛ بنابراین اگر طلاهای خود را در مجاورت حجم بالای فلزات دیگر قرار دهید سیگنال های طلا را تقریبا به صورت کاملا پنهان می کنند. در واقع از آنجا که در منازل حجم بالایی از فلزات به کار رفته امکان پیدا کردن طلا با کمک این دستگاه ها بسیار ضعیف است. در هر حال باز هم توصیه می شود از نگهداری طلا و فلزات گرانبها در منزل خودداری کنید و ریسک این اتفاق را به حداقل میزان ممکن برسانید.