La bàn hoạt động nhờ một kim nam châm nhỏ quay tự do, luôn tự xoay theo từ trường Trái Đất: một đầu chỉ về phía cực Bắc từ, đầu kia về phía nam. Trái Đất giống một thanh nam châm khổng lồ, và kim la bàn chỉ là một nam châm tí hon nằm trong từ trường đó. Hiểu điều này giúp biết vì sao la bàn đáng tin, và khi nào nó chỉ sai.
Trái Đất là một nam châm
Sâu bên trong Trái Đất, lõi ngoài là sắt và niken nóng chảy, chuyển động không ngừng. Dòng chuyển động của kim loại dẫn điện này tạo ra từ trường bao quanh hành tinh, một cơ chế mà giới khoa học gọi là "địa động lực" (geodynamo). Từ trường đó đi ra từ vùng gần cực Nam địa lý, vòng qua không gian, rồi đi vào vùng gần cực Bắc địa lý.
Một chi tiết hay gây bối rối: đầu kim la bàn ghi chữ N (bắc) là cực bắc của nam châm kim. Mà cực khác tên thì hút nhau. Vậy về mặt vật lý, vùng "cực Bắc từ" của Trái Đất thực chất là một cực nam của nam châm Trái Đất. Người ta vẫn gọi nó là cực Bắc từ theo vị trí địa lý cho dễ dùng.
Bên trong một chiếc la bàn
- Kim nam châm: thanh thép nhiễm từ mỏng, đầu bắc thường sơn đỏ hoặc phát quang.
- Trục quay: một mũi nhọn rất ít ma sát để kim xoay tự do.
- Dung dịch: trong la bàn tốt, kim nằm trong chất lỏng (thường là dầu nhẹ) để giảm rung. Kim dừng lại nhanh thay vì lắc mãi. Bọt khí nhỏ trong dung dịch thường không sao, bọt to có thể làm kim kẹt.
- Vòng chia độ: vòng xoay được, chia 360 độ, có in các hướng N, E, S, W.
- Đế và vạch chỉ hướng: ở la bàn đế trong (loại phổ biến cho đi bộ), đế nhựa có mũi tên chỉ hướng đi và các thước đo.
Độ nghiêng từ: chi tiết ít người biết
Từ trường Trái Đất không nằm ngang mặt đất. Ở gần xích đạo, nó gần như song song mặt đất. Càng lên vĩ độ cao, nó càng chúc xuống đất; ở gần cực Bắc từ nó gần như cắm thẳng đứng. Góc chúc này gọi là độ nghiêng từ (inclination).
Hệ quả thực tế: một chiếc kim cân bằng cho Bắc Âu, mang sang Úc có thể bị chúc một đầu, cọ vào nắp và kẹt. Vì vậy các hãng la bàn sản xuất kim cân bằng theo từng vùng địa lý, hoặc làm loại kim "toàn cầu" chịu được mọi độ nghiêng. Khi mua la bàn đem về dùng ở Việt Nam, nên xem nó được cân cho vùng nào; la bàn bán phổ biến cho thị trường châu Á thường dùng được.
Bắc từ không phải bắc thật
Cực Bắc từ không trùng cực Bắc địa lý, và nó cũng không đứng yên. Theo Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA), những thập niên gần đây cực Bắc từ trôi từ vùng Bắc Cực thuộc Canada về phía Siberia với tốc độ có lúc trên 50 km mỗi năm. Góc giữa hướng kim la bàn chỉ và hướng bắc thật gọi là độ lệch từ, thay đổi theo nơi đứng và theo năm.
Ở Việt Nam, độ lệch từ rất nhỏ, nên với đi bộ thông thường, kim la bàn gần như chỉ đúng bắc. Bài "Độ lệch từ và cách hiệu chỉnh" trong danh mục này nói chi tiết.
Những thứ làm kim la bàn chỉ sai
| Nguồn nhiễu | Mức ảnh hưởng | Cách tránh |
|---|---|---|
| Điện thoại, loa, nam châm trong túi | Có thể lệch nhiều độ, thậm chí đảo cực kim | Để la bàn cách xa ít nhất vài chục cm |
| Ô tô, xe máy, lan can sắt | Lệch đáng kể khi đứng sát | Bước ra xa vài mét rồi đo |
| Đường điện cao thế | Lệch khi đứng ngay dưới | Đo cách xa đường dây |
| Quặng sắt, đá có từ tính | Lệch cục bộ ở một số vùng núi | Đối chiếu với mốc địa hình |
| Dao, khóa thắt lưng, đồng hồ kim loại | Lệch nhẹ khi cầm sát | Giữ la bàn ngang ngực, xa người |
Một điểm đáng nhớ: nam châm mạnh trong vỏ điện thoại, loa bluetooth, khoá túi có thể làm kim bị nhiễm từ ngược, đầu đỏ chỉ về phía nam. Nếu la bàn chỉ mặt trời buổi sáng nằm ở hướng tây, hãy nghi ngờ ngay.
La bàn đã có từ bao giờ
Người Trung Hoa biết dùng đá nam châm từ rất sớm. Thư tịch đời Tống, như "Mộng Khê bút đàm" của Thẩm Quát (thế kỷ 11), mô tả kim nhiễm từ treo bằng sợi tơ để chỉ hướng và còn ghi nhận kim không chỉ đúng nam bắc, tức đã biết đến độ lệch từ. La bàn được dùng trên biển ở Trung Hoa khoảng thế kỷ 11–12 và xuất hiện ở châu Âu khoảng cuối thế kỷ 12. Danh mục Lịch sử bản đồ có bài riêng về kim chỉ nam.
La bàn đế trong hiện đại, loại mà người đi bộ dùng ngày nay, ra đời ở Thụy Điển những năm 1930, khi anh em nhà Kjellström cùng Gunnar Tillander làm ra chiếc la bàn gắn trên đế nhựa trong để đặt thẳng lên bản đồ. Nó gắn liền với sự phát triển của môn định hướng thể thao ở Bắc Âu.
Bảo quản la bàn
- Không để chung ngăn với điện thoại, sạc dự phòng, loa.
- Tránh nhiệt độ quá cao (để trên táp lô ô tô ngoài nắng có thể làm hỏng dung dịch).
- Kiểm tra định kỳ: đặt la bàn ở chỗ trống, so với hướng mặt trời mọc hoặc một hướng đã biết.
- Thấy bọt khí lớn, kim dính, kim chậm dừng là lúc nên thay.
Câu hỏi thường gặp
La bàn hoạt động theo nguyên lý nào?
Kim la bàn là một nam châm nhỏ quay tự do. Nó tự xoay theo từ trường Trái Đất, đầu bắc của kim chỉ về phía cực Bắc từ.
Cực Bắc từ có trùng cực Bắc địa lý không?
Không. Cực Bắc từ nằm cách cực Bắc địa lý một khoảng và liên tục trôi, những thập niên gần đây dịch về phía Siberia. Góc lệch giữa hai hướng gọi là độ lệch từ.
Vì sao la bàn để gần điện thoại bị chỉ sai?
Điện thoại, loa và vỏ có nam châm tạo từ trường mạnh hơn từ trường Trái Đất ở khoảng cách gần, kéo lệch kim. Nam châm mạnh còn có thể làm kim bị nhiễm từ ngược.
Dung dịch trong la bàn để làm gì?
Dung dịch giúp kim dừng nhanh và ổn định thay vì lắc qua lắc lại. Bọt khí nhỏ thường không sao, bọt lớn có thể làm kim kẹt và nên thay la bàn.
La bàn được phát minh ở đâu?
La bàn từ tính được ghi nhận sớm nhất ở Trung Hoa, thư tịch đời Tống thế kỷ 11 đã mô tả kim nhiễm từ chỉ hướng. La bàn đế trong hiện đại ra đời ở Thụy Điển những năm 1930.