قطب‌نما مدت‌ها پیش از ابداع ماهواره‌های GPS و دیگر تکنولوژی‌های پیشرفته موقعیت‌یابی، راهکاری ساده و دقیق برای جهت‌یابی در موقعیت‌های دشوار جغرافیایی به‌شمار می‌رفت. امروزه نیز این ابزار که شاید از نظر بسیاری کاملا ابتدایی به شمار رود،در موقعیت‌هایی که هیچ‌نوع دسترسی یه انواع تکنولوژی‌ها وجود ندارد می‌تواند انسان‌ها را از بحران برهاند.
قطب‌نما با وجود کارایی بسیار دقیق و موثرش ساختاری بسیار ساده دارد. یک قطب‌نمای مغناطیسی برخلاف قطب‌نمای ژیروسکوپی شامل آهن‌ربایی کوچک و سبک‌وزن است که روی سطح محوری بدون اصطکاک به صورت متوازن قرار گرفته‌است. این آهن ربا معمولا سوزن نامیده شده و یک سر آن با حرف N به معنی شمال نشانه‌گذاری شده و یا با رنگی متفاوت رنگ‌آمیزی شده‌است. این تمامی آن چیزی است که در ظاهر یک قطب‌نما می‌توان دید.
میدان مغناطیسی زمین
اما عملکرد قطب‌نما بر پدیده‌ای جالب‌تر متکی است. درصورتی که زمین را محفظه‌ای تصور کرد که درونش آهن‌ربایی میله‌ای و غول‌پیکر مخفی شده، برای اینکه سر شمالی عقربه قطب‌نما جهت شمال را نمایش دهد باید اینگونه تصور کرد که قطب جنوب آهن‌ربای مدفون در زمین به سوی شمال قرار گرفته‌است. به این شکل با استفاده از قانون جذب قطب‌های مخالف آهن‌ربا می‌توان عملکرد قطب‌نما را توجیه کرد، به بیانی دیگر سر شمالی عقربه قطب‌نما جذب سر جنوبی آهن‌ربای مخفی در زمین شده و به این شکل ابزار می‌تواند قطب شمال را نمایش دهد.
برای افزودن جزئیات بیشتر، بهتر است بدانید که آهن ربای میله‌ای درون زمین دقیقا روی محور چرخشی زمین قرار نگرفته‌است و کمی از مرکز منحرف شده‌است. این انحراف میل نامیده شده و بیشتر نقشه‌های دقیق از مناطق مختلف این میل به انحراف از مرکز را نمایش می‌دهند.
میدان مغناطیسی زمین در سطح چندان قدرتمند نیست، زیرا زمین قطری برابر 12 هزار و 784 کیلومتر دارد از این رو میدان مغناطیسی زمین برای اینکه بتواند روی عملکرد یک قطب‌نما روی سطح زمین اثر بگذارد باید مسافت طولانی را سفر کند. از همین رو است که عقربه قطب‌نما باید بسیار سبک‌وزن و سوار بر سطحی بدون اصطکاک باشد،در غیر این صورت میدان مغناطیسی زمین توان حرکت دادن آن را نخواهد داشت.
مثال آهن‌ربای میله‌ای تنها به این دلیل مطرح شد که عملکرد ساده قطب‌نما توضیح داده‌شود، اما عامل اصلی که عقربه قطب‌نما را به حرکت درمی‌آورد این آهن‌ربای خیالی نیست. هنوز به شکل دقیق مشخص نیست درون زمین چه اتفاقی می‌افتد که عقربه قطب‌نما روی زمین به حرکت در‌می‌آید، اما نظریه‌هایی در این زمینه وجود دارند که شاید بتوانند این رویداد را بهتر توجیه کنند.
هسته زمین شامل مقدار زیادی آهن مذاب است، اما در اعماق این هسته فشار به حدی زیاد است که این آهن مذاب به کریستالی منجمد تبدیل می‌شود. انتقال گرمای ناشی از تشعشعات هسته در کنار چرخش زمین منجر به حرکت آهن مذاب در مسیری چرخشی می‌شود. گفته می شود این نیروهای چرخشی درون آهن مذاب نیروهای مغناطیسی ضعیفی را در اطراف محورهای چرخش ایجاد می‌کنند.
از این رو گفته می‌شود به دلیل ضعیف‌بودن میدان مغناطیسی زمین در سطح این سیاره، قطب‌نما چیزی نیست به‌جز یک ردیاب میدان‌های مغناطیسی بسیار ضعیف که هرچیزی می‌تواند مولد آن باشد، و از این رو است که می‌توان از این ابزار برای ردیابی میدان‌های مغناطیسی کوچک ایجاد شده توسط سیم پیچ‌ها نیز استفاده کرد.
قطب‌نمای ژیروسکوپی
استفاده از قطب‌نماهای مغناطیسی در فضاهای درحال حرکتی مانند کشتی‌ها و هواپیماها می‌توانند دردسرساز شوند، زیرا این ابزار باید در سطحی کاملا صاف مورد استفاده قرار بگیرد و ایجاد کوچکترین زاویه در سطح باعث می‌شود قطب‌نما خود را با زاویه جدید منطبق ساخته و اطلاعات جدیدی نمایش دهد که شاید نادرست باشد. از این رو بیشتر کشتی‌ها و هواپیماها به قطب‌نماهای ژیروسکوپی مجهز هستند.
ژیروسکوپ یا جهت‌نما می‌تواند باوجود حرکت نیز زاویه و جهت را با دقت نمایش دهد، این‌کار به واسطه موتوری که درون قطب‌نمای ژیروسکوپی قرار گرفته و ژیروسکوپ را فعال نگه می‌دارد انجام می‌گیرد، به این شکل این ابزار را به هر سویی که حرکت دهید، عقربه آن همواره با دقتی بالا شمال را نشان خواهد داد و می‌تواند متناسب با حرکت‌های موجود خود را با جهت شمال انطباق دهد.
