나침반

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배경

나침반은 지표면의 방향을 결정하는 데 사용되는 장치입니다. 나침반의 가장 친숙한 유형은 자기 물체가 지구의 자기장과 정렬되는 경향이 있다는 사실에 의존하는 자기 나침반입니다. 다른 유형의 나침반은 태양이나 별의 위치를 ​​사용하거나 빠르게 회전하는 물체(자이로스코프)가 축이 가리키는 방향에서 멀어지는 데 저항하는 경향이 있다는 사실에 의존하여 방향을 결정합니다.

자기 나침반의 기본 부품은 바늘(자성 금속의 얇은 조각), 다이얼(방향이 인쇄된 원형 카드) 및 하우징(다른 부품을 제자리에 고정)입니다. 일반적으로 장난감으로 사용되는 저렴한 나침반은 다른 부품이 없을 수 있습니다. 더 심각한 목적을 위한 나침반에는 일반적으로 더 유용하게 만드는 다른 부품이 있습니다. 이러한 다른 부품에는 나침반을 보호하기 위한 덮개, 덮개 또는 케이스가 포함될 수 있습니다. 사용자가 거리에 있는 물체의 방향을 결정할 수 있도록 렌즈, 프리즘 또는 거울을 사용하는 광경; 지도에서 직접 나침반을 사용할 수 있도록 인치 또는 밀리미터 단위로 표시된 투명 바닥판.

많은 나침반에서 발견되는 중요한 기능은 자동 편각 조정입니다. 편차라고도 하는 편각은 자북(바늘이 가리키는 방향)과 진북의 차이입니다. 이 차이는 지구의 자기장이 북극과 남극과 정확히 일치하지 않기 때문에 존재합니다. 적위의 정도는 지구 표면의 장소에 따라 다릅니다. 특정 영역에 대한 편각의 양을 알고 있는 경우 자동 편각 조정을 통해 나침반을 사용할 때마다 편각의 양을 더하거나 뺄 필요 없이 나침반 사용자가 나침반에서 직접 실제 방향을 읽을 수 있습니다.

연혁

기원전 500년 <작은> , 자철석으로도 알려진 산화철의 자연 발생 형태인 자철석은 철을 끌어당기는 능력이 있는 것으로 알려져 있었습니다. 자유롭게 움직이는 마석 조각이 북쪽과 남쪽을 가리키도록 정렬되는 경향이 있다는 것을 처음 발견한 장소와 시기는 아무도 모릅니다. 기록에 따르면 중국인은 서기 1100년 까지 자기 나침반을 사용했습니다. , 서유럽 및 아랍인 1200년 A.D. , 1300년 서기 스칸디나비아

초기 나침반은 나무 조각, 코르크 또는 물그릇에 떠 있는 갈대 위에 있는 자철석 조각으로 구성되었습니다. 얼마 후, 물그릇 바닥에 고정된 핀에 자철석 바늘이 꽂혔습니다. 13세기에는 방향이 표시된 카드가 나침반에 추가되었습니다. 16세기 중반에는 물그릇이 짐벌에 매달렸고 나침반이 수평을 유지하면서 바다에 요동치는 배 위에서 사용되었습니다.

1745년 영국의 발명가 고윈 나이트(Gowin Knight)는 강철을 장기간 자화시키는 방법을 개발했습니다. 이것은 자화강의 바늘이 자철석의 바늘을 대체할 수 있도록 했습니다. 19세기 초에 철과 강철은 조선에 광범위하게 사용되기 시작했습니다. 이것은 자기 나침반의 작동에 왜곡을 일으켰습니다. 1837년 영국 해군은 이 문제를 연구하기 위해 특별 위원회를 구성했습니다. 1840년까지 4개의 바늘을 사용하는 새로운 나침반 디자인은 이러한 어려움을 극복하는 데 매우 성공적이어서 곧 전 세계 해군에 채택되었습니다.

19세기 중반까지 항해사는 바늘이 공기 중에서 회전하는 드라이 카드 나침반과 바늘이 물이나 다른 액체에서 회전하는 액체 나침반을 모두 사용했습니다. 건식 나침반은 충격과 진동에 쉽게 교란되는 반면 액체 나침반은 누출되는 경향이 있어 수리가 어려웠습니다. 1862년에 액체 나침반의 설계가 개선되면서 드라이 카드 나침반은 해군에서 사용하기 위해 빠르게 사용되지 않게 되었습니다. 1차 세계 대전까지 영국군은 육상에서 액체 나침반을 사용했으며 액체 나침반은 여전히 ​​최고의 휴대용 자기 나침반의 표준입니다.

원자재

자기 나침반의 바늘은 오랜 시간 동안 자화될 수 있는 금속 물질로 만들어져야 합니다. 나침반 바늘에 사용되는 가장 일반적인 물질은 강철입니다. 강철은 철과 소량의 탄소의 합금입니다. 철강 생산에 사용되는 원료는 철광석과 코크스(공기가 없는 상태에서 석탄을 고온으로 가열하여 생성되는 탄소가 풍부한 물질)입니다. 코발트와 같은 다른 물질은 종종 합금을 생산하기 위해 강철에 첨가되며, 이는 매우 오랫동안 자화될 수 있습니다.

바늘을 제자리에 고정하는 하우징은 종종 아크릴 플라스틱으로 만들어집니다. 아크릴 플라스틱은 화합물 아크릴산의 다양한 유도체로부터 생산됩니다. 이러한 유도체 중 가장 중요한 것은 메틸 메타크릴레이트입니다. 수천 개의 메틸 메타크릴레이트 분자가 긴 사슬로 연결되어 상품명 Lucite 및 Plexiglas로 알려진 폴리메틸 메타크릴레이트를 형성합니다. 폴리메틸메타크릴레이트는 강하고 투명하다는 장점이 있습니다.

제조
프로세스

바늘 만들기

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1 철광석, 코크스, 석회석을 고로에서 고온의 가압 공기로 가열한다. 코크스는 열을 방출하여 광석을 녹이고 일산화탄소는 광석의 산화철과 반응하여 철을 방출합니다. 석회석은 유황과 같은 광석의 불순물과 반응하여 슬래그를 형성하고 이는 쇳물 위에 떠서 제거됩니다. 이 공정의 산물은 약 90%의 철, 3-5%의 탄소 및 다양한 불순물을 함유하는 선철이다.

2 불순물과 대부분의 탄소를 제거하기 위해 고압으로 용선에 산소를 주입합니다. 불순물은 슬래그로 방출되고 탄소는 일산화탄소로 방출됩니다. 나머지 용강은 주형에 붓고 각각 수천 파운드의 무게가 나가는 잉곳으로 냉각됩니다.

3 잉곳은 약 1,200°C(2,200°F)로 가열되고 홈이 있는 롤러 사이에서 압연되어 슬래브를 형성합니다. 슬래브는 거대한 가위로 절단되고, 재가열되고, 바늘에 적합한 두께가 될 때까지 다시 압연됩니다. 그런 다음 얇은 강철 시트에 바늘 모양의 날카로운 다이로 스탬프를 찍습니다. 이 과정을 반복하여 강철 한 장에서 많은 바늘을 생산합니다.

4 바늘은 철강 제조업체에서 나침반 제조업체로 배송됩니다. 나침반 공장에서 바늘은 자동 턴테이블의 홀더에 손으로 삽입됩니다. 턴테이블이 회전할 때 바늘의 "북쪽" 끝 부분에는 빨간색 페인트가 뿌려지고 바늘의 "남쪽" 끝 부분에는 흰색 페인트가 뿌려집니다. 바늘이 계속되면 전자 자화기에서 생성되는 강한 자기장에 노출됩니다.

5 자화된 바늘을 턴테이블에서 제거하고 페인트를 건조시킵니다. 바늘은 또한 페인트를 건조시키기 위해 오븐에서 구워질 수 있습니다. 그런 다음 조립에 필요할 때까지 보관합니다.

하우징 만들기

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6 폴리메틸메타크릴레이트는 메틸메타크릴레이트 용액에 빛, 열 또는 각종 화학촉매를 가하여 형성한다. 그런 다음 나침반 하우징의 구성 요소는 사출 성형으로 알려진 공정에 의해 형성됩니다. 폴리메틸 메타크릴레이트는 액체로 녹을 때까지 가열됩니다. 그런 다음 용융 플라스틱을 주입합니다. 간단한 피벗 바늘 나침반의 정면 및 측면도. 원하는 제품의 형태로 틀에 넣습니다. 금형을 식힌 다음 열고 단단한 플라스틱을 제거합니다. 다양한 플라스틱 구성 요소는 플라스틱 제조업체에서 나침반 제조업체로 배송되어 필요할 때까지 보관됩니다.

나침반 조립

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7 나침반 제조업체가 도매업체로부터 주문을 받으면 공장 관리자는 필요한 부품이 창고에서 조립 라인의 작업자에게 출고되도록 주선합니다. 나침반이 조립 라인을 따라 진행됨에 따라 플라스틱 구성 요소가 함께 스냅됩니다. 일부 플라스틱 구성 요소는 프린터를 통해 이동하여 회사 로고와 같은 표시나 지도와 함께 사용하기 위한 축척 표시로 스탬프를 찍습니다.

8 나침반의 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 바늘을 고정하는 약병입니다. 바늘은 자유롭게 움직일 수 있도록 피벗에서 균형을 이룹니다. 저렴한 나침반에는 강철 피벗이 있을 수 있지만 최고의 나침반에는 마모를 방지하기 위해 보석으로 장식된 피벗이 있습니다. 보석으로 장식된 피벗은 오스뮴-이리듐 합금과 같은 매우 단단한 재료로 만들어지며 인조 사파이어와 같은 재료로 덮혀 있습니다.

9 바이알을 완충제 역할을 하는 액체에 담근다. 완충제는 바늘이 방해를 받을 때 바늘이 더 빨리 멈추게 하는 물질입니다. 댐퍼에는 다양한 액체가 사용됩니다. 이러한 액체는 투명해야 하며 나침반의 구성 요소와 반응하지 않아야 합니다. 이 목적에 사용되는 일반적인 액체는 에틸 알코올과 물의 혼합물일 수 있습니다.

10 액체로 채워진 바이알은 음파 용접을 사용하여 밀봉됩니다. 이렇게 하면 바늘이 자성을 방해할 수 있는 열에 노출되는 것을 방지할 수 있습니다. 이 과정에서 초음파를 사용하여 바이알을 밀봉할 위치의 플라스틱을 녹입니다. 그런 다음 플라스틱이 응고되어 단단한 밀봉을 형성합니다. 밀봉된 유리병이 바닥판에 끼워지는 동안 나침반의 조립이 계속됩니다. 베이스 플레이트 나침반.

11 완성된 나침반은 도난 및 손상으로부터 보호하는 방식으로 포장됩니다. 조개 껍질을 닮은 플라스틱 용기가 나침반을 둘러싸고 있는 조개 포장으로 포장될 수 있습니다. 그들은 또한 평평한 판지에 부착 된 플라스틱 기포가 나침반을 둘러싸는 블리스터 포장으로 포장 될 수 있습니다. 포장된 나침반은 판지 상자에 넣어 도매상으로 배송됩니다.

품질 관리

제조 공정의 각 단계에서 나침반을 구성하는 다양한 구성 요소를 육안으로 검사하고 결함이 있으면 제거합니다. 일반적인 결함에는 습윤액의 인쇄 오류 및 기포가 포함됩니다. 나침반의 가장 중요한 부분인 자기 바늘은 결함이 있을 가능성이 매우 낮습니다. 바늘이 제대로 작동하지 않는 몇 가지 경우는 일반적으로 소비자가 바늘을 강한 자기장이나 전기장에 노출시켜 발생합니다. 이러한 경우 바늘은 "북쪽" 끝이 남쪽을 가리키도록 다시 자화될 수 있습니다.

자기 나침반에 대한 품질 관리의 가장 중요한 부분은 나침반을 올바르게 사용하는 방법을 배우는 사용자의 책임입니다. 나침반은 매우 신뢰할 수 있는 도구이지만 사용자가 올바르게 사용하는 방법을 모르면 쓸모가 없습니다. 적위를 허용하는 방법을 아는 것은 자기 나침반을 사용하는 데 있어 중요한 기술입니다. 세계의 일부 지역에서는 적위를 허용하지 않으면 몇 도의 오류가 발생하여 사용자가 의도한 목적지에서 수 마일을 벗어나게 만들 수 있습니다. 나침반의 올바른 사용법을 배우는 가장 좋은 방법은 오리엔티어링 스포츠에 참여하는 것입니다. 이 스포츠는 지도와 나침반을 사용하여 출발지에서 선택한 목적지까지의 경로를 찾는 데 다른 사람들과 경쟁하는 것을 포함합니다.

미래

1970년대에 미 해군은 GPS(Global Positioning System)로 알려진 야심찬 프로젝트를 시작했습니다. GPS 프로젝트는 1980년대에 미 공군이 인수하여 1993년 6월에 완료되었습니다. GPS는 지구에 매우 정확한 시간 신호를 방송하는 원자 시계가 포함된 24개의 위성 시스템으로 구성됩니다. 이러한 신호가 수신기에 도착하는 정확한 시간을 분석하여 매우 정확하게 위치를 결정할 수 있습니다. 일반 나침반보다 크지 않은 장치는 약 30m(100피트) 내에서 위치를 결정할 수 있습니다.

얼핏 보면 GPS가 자기 나침반을 쓸모없게 만들 위험이 있는 것처럼 보일 수 있습니다. 사실, 그 반대가 사실입니다. GPS는 방향이 아니라 위치를 나타내므로 GPS 장비 제조업체에서는 나침반과 함께 사용할 것을 권장합니다. 나침반은 또한 에너지 공급이 필요 없다는 장점이 있습니다. GPS와 달리 나침반은 나무가 무성하거나 큰 건물이 전자 신호 수신을 차단할 때 사용할 수 있습니다. GPS가 내비게이션의 혁명을 약속하지만, 전통적인 나침반은 우리가 길을 찾는 방법에 중요한 구성 요소로 남아 있습니다.