Kompas

Achtergrond

Een kompas is een apparaat dat wordt gebruikt om de richting op het aardoppervlak te bepalen. Het meest bekende type kompas is het magnetische kompas, dat erop vertrouwt dat een magnetisch object de neiging heeft om zich uit te lijnen met het magnetische veld van de aarde. Andere soorten kompassen bepalen de richting door de positie van de zon of een ster te gebruiken, of door te vertrouwen op het feit dat een snel ronddraaiend object (een gyroscoop) de neiging heeft weerstand te bieden aan het wegdraaien van de richting waarin zijn as wijst.

De basisonderdelen van een magnetisch kompas zijn de naald (een dun stuk magnetisch metaal), de wijzerplaat (een ronde kaart met aanwijzingen) en de behuizing (die de andere onderdelen op hun plaats houdt). Goedkope kompassen, die over het algemeen als speelgoed worden gebruikt, mogen geen andere onderdelen hebben. Kompassen die bedoeld zijn voor serieuzere doeleinden hebben meestal andere onderdelen om ze nuttiger te maken. Deze andere onderdelen kunnen deksels, deksels of koffers bevatten om het kompas te beschermen; vizieren die gebruik maken van lenzen, prisma's of spiegels om de gebruiker in staat te stellen de richting van een object in de verte te bepalen; en een transparante basisplaat gemarkeerd met een schaal van inches of millimeters zodat het kompas direct op een kaart kan worden gebruikt.

Een belangrijk kenmerk van veel kompassen is de automatische aanpassing van de declinatie. Declinatie, ook wel variantie genoemd, is het verschil tussen het magnetische noorden (de richting waarnaar de naald wijst) en het echte noorden. Dit verschil bestaat omdat het magnetische veld van de aarde niet precies op één lijn ligt met de noord- en zuidpool. De hoeveelheid declinatie varieert van plaats tot plaats op het aardoppervlak. Als de mate van declinatie voor een bepaald gebied bekend is, stelt de automatische declinatieaanpassing de kompasgebruiker in staat om de ware richting rechtstreeks van het kompas af te lezen in plaats van de hoeveelheid declinatie te moeten optellen of aftrekken telkens wanneer het kompas wordt gebruikt.

Geschiedenis

Tegen 500 v. Chr. , was het bekend dat lodestone, een natuurlijk voorkomende vorm van ijzeroxide, ook bekend als magnetiet, het vermogen had om ijzer aan te trekken. Niemand weet waar of wanneer het voor het eerst werd opgemerkt dat een vrij bewegend stuk magneetsteen de neiging had zichzelf zo uit te lijnen dat het naar het noorden en het zuiden wees. Schriftelijke gegevens geven aan dat de Chinezen magnetische kompassen gebruikten tegen 1100 A.D. , West-Europeanen en Arabieren tegen 1200 A.D. , en Scandinaviërs tegen 1300 A.D.

Vroege kompassen bestonden uit een stuk magneet op een stuk hout, een kurk of een riet dat in een kom met water dreef. Enige tijd later werd een naald van magneetsteen gedraaid op een pin die op de bodem van een kom met water was bevestigd. Tegen de dertiende eeuw werd een kaart met richtingen aan het kompas toegevoegd. Tegen het midden van de zestiende eeuw werd de kom met water opgehangen in cardanische ophangingen, waardoor het kompas waterpas kon blijven terwijl het werd gebruikt aan boord van een schip dat door de oceaan werd geslingerd.

In 1745 ontwikkelde de Engelse uitvinder Gowin Knight een methode om staal langdurig te magnetiseren. Hierdoor konden naalden van gemagnetiseerd staal naalden van magneetsteen vervangen. In het begin van de negentiende eeuw werden ijzer en staal op grote schaal gebruikt in de scheepsbouw. Dit veroorzaakte verstoringen in de werking van magnetische kompassen. In 1837 richtte de Britse Admiraliteit een speciale commissie op om het probleem te bestuderen. Tegen 1840 was een nieuw kompasontwerp met vier naalden zo succesvol in het overwinnen van deze moeilijkheid dat het al snel door marines over de hele wereld werd overgenomen.

Tot het midden van de negentiende eeuw gebruikten zeevaarders zowel kompassen met droge kaarten, waarbij de naald in de lucht draaide, als vloeibare kompassen, waarbij de naald in water of een andere vloeistof draaide. Kompassen met een droge kaart werden gemakkelijk verstoord door schokken en trillingen, terwijl vloeibare kompassen de neiging hadden te lekken en moeilijk te repareren waren. In 1862 maakten verbeteringen in het ontwerp van vloeibare kompassen het kompas met droge kaarten snel overbodig voor gebruik op zee. In de Eerste Wereldoorlog gebruikte het Britse leger vloeibare kompassen op het land, en vloeibare kompassen zijn nog steeds de standaard voor de beste draagbare magnetische kompassen.

Grondstoffen

De naald van een magnetisch kompas moet gemaakt zijn van een metalen substantie, die voor een langere periode kan worden gemagnetiseerd. De meest gebruikte stof voor kompasnaalden is staal. Staal is een legering van ijzer en een kleine hoeveelheid koolstof. De grondstoffen voor de productie van staal zijn ijzererts en cokes (een koolstofrijke stof die wordt geproduceerd door steenkool in afwezigheid van lucht tot hoge temperatuur te verhitten). Andere stoffen zoals kobalt worden vaak aan het staal toegevoegd om legeringen te maken die zeer lang gemagnetiseerd kunnen worden.

De behuizing die de naald op zijn plaats houdt, is vaak gemaakt van acrylplastic. Acrylkunststoffen worden geproduceerd uit verschillende derivaten van de chemische verbinding acrylzuur. De belangrijkste van deze derivaten is methylmethacrylaat. Duizenden moleculen methylmethacrylaat zijn verbonden tot een lange keten om polymethylmethacrylaat te vormen, bekend onder de handelsnamen Lucite en Plexiglas. Polymethylmethacrylaat heeft de voordelen dat het sterk en transparant is.

Het fabricageproces

De naald maken

• 1 IJzererts, cokes en kalksteen worden in een hoogoven verwarmd door hete perslucht. De cokes geeft warmte af, waardoor het erts smelt, en koolmonoxide, dat reageert met ijzeroxiden in het erts om ijzer vrij te maken. De kalksteen reageert met onzuiverheden in het erts zoals zwavel om slakken te vormen, die op het gesmolten ijzer drijven en worden verwijderd. Het product van dit proces is ruwijzer, dat ongeveer 90% ijzer, 3-5% koolstof en verschillende onzuiverheden bevat.
• 2 Om de onzuiverheden en het grootste deel van de koolstof te verwijderen, wordt onder hoge druk zuurstof in het gesmolten ruwijzer gestraald. De onzuiverheden komen vrij als slakken en de koolstof komt vrij als koolmonoxide. Het resterende gesmolten staal wordt in mallen gegoten en afgekoeld tot blokken die elk duizenden ponden wegen.
• 3 De blokken worden verwarmd tot ongeveer 1200°C en tussen gegroefde rollen gerold om plakken te vormen. De plaat wordt gesneden met een gigantische schaar, opnieuw verwarmd en opnieuw gerold totdat het de juiste dikte heeft voor naalden. De dunne staalplaat wordt vervolgens gestempeld met een scherpe matrijs in de vorm van de naald. Het proces wordt herhaald om veel naalden te produceren uit een enkele staalplaat.
• 4 De naalden gaan van de staalfabrikant naar de kompasfabrikant. In de kompasfabriek worden de naalden met de hand in houders op een geautomatiseerde draaitafel gestoken. Terwijl de draaitafel draait, wordt het "noordelijke" uiteinde van de naald bespoten met rode verf en het "zuidelijke" uiteinde van de naald wordt bespoten met witte verf. Terwijl de naald verder gaat, wordt deze blootgesteld aan een sterk magnetisch veld dat wordt geproduceerd door een elektronische magnetiseur.
• 5 De gemagnetiseerde naalden worden van het draaiplateau gehaald en de verf wordt gedroogd. De naalden kunnen ook in een oven worden gebakken om de verf te drogen. Vervolgens worden ze opgeslagen totdat ze nodig zijn voor montage.

De behuizing maken

• 6 Polymethylmethacrylaat wordt gevormd door een oplossing van methylmethacrylaat te onderwerpen aan licht, warmte of verschillende chemische katalysatoren. De componenten van de kompasbehuizing worden vervolgens gevormd door een proces dat bekend staat als spuitgieten. Polymethylmethacrylaat wordt verwarmd totdat het in een vloeistof smelt. Het gesmolten plastic wordt vervolgens geïnjecteerd Een voor- en zijaanzicht van een eenvoudig kompas met gedraaide naald. in een mal in de vorm van het gewenste product. De mal wordt afgekoeld, geopend en het vaste plastic wordt verwijderd. De verschillende plastic onderdelen worden van de plasticfabrikant naar de kompasfabrikant verscheept en opgeslagen totdat ze nodig zijn.

Het kompas in elkaar zetten

• 7 Als de kompasfabrikant een bestelling ontvangt van een groothandel, zorgt de fabrieksmanager ervoor dat de benodigde onderdelen vanuit de opslag aan de lopende band worden afgeleverd bij de arbeiders. Terwijl het kompas langs de lopende band vordert, worden plastic onderdelen aan elkaar geklikt. Sommige plastic onderdelen gaan door printers, die ze voorzien van markeringen, zoals een bedrijfslogo, of met schaalmarkeringen voor gebruik met kaarten.
• 8 Een van de meest kritische componenten van een kompas is de flacon, die de naald vasthoudt. De naald is gebalanceerd op een draaipunt zodat deze vrij kan bewegen. Goedkope kompassen hebben misschien een stalen draaipunt, maar de beste kompassen hebben draaipunten met juwelen om slijtage te weerstaan. Draaipunten met juwelen zijn gemaakt van zeer harde materialen zoals een osmium-iridiumlegering en zijn afgedekt met een materiaal zoals kunstmatige saffier.
• 9 De flacons worden gedompeld in een vloeistof die als demper zal dienen. Een demper is een stof die ervoor zorgt dat de naald sneller tot rust komt bij verstoring. Voor dempers worden verschillende vloeistoffen gebruikt. Deze vloeistoffen moeten transparant zijn en mogen niet reageren met een van de componenten van het kompas. Een typische vloeistof die voor dit doel wordt gebruikt, kan een mengsel zijn van ethylalcohol en water.
• 10 De met vloeistof gevulde flacons worden afgesloten door middel van sonisch lassen. Dit voorkomt dat de naald wordt blootgesteld aan hitte, die het magnetisme zou kunnen verstoren. Bij dit proces wordt met behulp van ultrasone golven het plastic gesmolten op de plaats waar de flacon moet worden geseald. Het plastic mag dan stollen, waardoor een goede afdichting ontstaat. De montage van het kompas gaat door terwijl de verzegelde flacon op een grondplaat wordt geklikt. Een grondplaatkompas.
• 11 De voltooide kompassen zijn zo verpakt dat ze beschermd zijn tegen diefstal en beschadiging. Ze kunnen verpakt zijn in een schelpvormige verpakking, waarin een plastic container die lijkt op een schelp het kompas omgeeft. Ze kunnen ook worden verpakt in blisterverpakking, waarin een plastic luchtbel bevestigd aan een plat stuk karton het kompas omgeeft. De verpakte kompassen worden in kartonnen dozen gedaan en naar de groothandel verzonden.

Kwaliteitscontrole

Bij elke stap van het productieproces worden de verschillende componenten waaruit het kompas bestaat visueel geïnspecteerd en verwijderd als ze defect zijn. Veel voorkomende onvolkomenheden zijn drukfouten en luchtbellen in de bevochtigingsvloeistof. Het belangrijkste onderdeel van het kompas, de magnetische naald, is hoogstwaarschijnlijk niet defect. De enkele gevallen waarin de naald niet goed werkt, worden meestal veroorzaakt doordat de consument de naald blootstelt aan een sterk magnetisch of elektrisch veld. In dergelijke gevallen kan de naald opnieuw worden gemagnetiseerd zodat deze naar achteren wijst, met het "noordelijke" uiteinde naar het zuiden.

Het belangrijkste onderdeel van de kwaliteitscontrole van een magnetisch kompas is de verantwoordelijkheid van de gebruiker om het kompas op de juiste manier te leren gebruiken. Kompassen zijn zeer betrouwbare instrumenten, maar ze zijn nutteloos als de gebruiker niet weet hoe hij ze correct moet gebruiken. Weten hoe u declinatie kunt toestaan, is een cruciale vaardigheid bij het gebruik van een magnetisch kompas. In sommige delen van de wereld kan het niet toestaan ​​van declinatie leiden tot een fout van meerdere graden, waardoor de gebruiker vele kilometers van de beoogde bestemming terechtkomt. Een uitstekende manier om het kompas correct te leren gebruiken, is door deel te nemen aan de sport van oriëntatielopen. Deze sport omvat het gebruik van een kaart en kompas om met anderen te concurreren bij het vinden van een pad van een startpunt naar een geselecteerde bestemming.

De Toekomst

In de jaren zeventig begon de Amerikaanse marine met een ambitieus project dat bekend staat als het Global Positioning System (GPS). Het GPS-project werd in de jaren tachtig overgenomen door de Amerikaanse luchtmacht en voltooid in juni 1993. GPS bestaat uit een systeem van 24 satellieten met atoomklokken die uiterst nauwkeurige tijdsignalen naar de aarde uitzenden. Door het exacte tijdstip te analyseren waarop deze signalen bij een ontvanger aankomen, is het mogelijk om de positie met grote nauwkeurigheid te bepalen. Apparaten die niet veel groter zijn dan een gewoon kompas, kunnen de locatie bepalen binnen ongeveer 100 ft (30 m).

Op het eerste gezicht lijkt het erop dat GPS het magnetische kompas overbodig dreigt te maken. In feite is precies het tegenovergestelde waar. Omdat GPS de positie aangeeft, maar niet de richting, raden fabrikanten van GPS-apparatuur aan om deze met een kompas te gebruiken. Kompassen hebben ook het voordeel dat ze geen energievoorziening nodig hebben. In tegenstelling tot GPS kunnen kompassen worden gebruikt wanneer zware bomen of grote gebouwen de ontvangst van elektronische signalen blokkeren. Hoewel GPS belooft een revolutie teweeg te brengen in de navigatie, zullen traditionele kompassen een essentieel onderdeel blijven van hoe we onze weg vinden.