POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ  MECHANICZNY

Laboratorium Fizyki

Blok-Elektrotechnika, elektronika, magnetyzm

                                                 SPRAWOZDANIE

1.Część teoretyczna
   Pole magnetyczne powstaje w otoczeniu ładunków elektrycznych będących w ruchu czyli stanowiących prąd. Miarą pola magnetycznego jest wielkość wektorowa określana w każdym punkcie pola, nazywana indukcją magnetyczną B. Kierunek indukcji przyjmuje się zgodnie z osią igły magnetycznej, swobodnie zawieszonej w polu magnetycznym. Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla(T)
         Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu siły elektromotorycznej (napięcia elektrycznego) w przewodniku elektrycznym przy zmianie strumienia magnetycznego skojarzonego z tym przewodnikiem (obejmującego go swoim działaniem). Siła elektromotoryczna powstaje gdy przewodnik porusza się w polu magnetycznym (lub pole jest ruchome względem przewodnika), a także w przypadku gdy strumień magnetyczny przenikający uzwojenie jest zmienny w funkcji czasu.
           Istota zjawiska indukcji polega na oddziaływaniu mechanicznym stałego pola magnetycznego na ładunki elektryczne znajdujące się w ruchu (rotacja) lub zmiennego w czasie pola magnetycznego na ładunki elektryczne nieruchome (transformacja). Siła F działająca na ładunek elektryczny q poruszający się z prędkością V wyraża się zależnością:(T)

       Wartość siły F zależy od położenia względem siebie wektorów prędkości i indukcji magnetycznej, gdy wektory te są prostopadłe siła osiąga maksymalną wartość, gdy wektory są równoległe siła jest równa zero.

Efekt Halla polega na powstawaniu napięcia elektrycznego pomiędzy ścianami prostopadłościennej płytki półprzewodnikowej przewodzącej prąd i umieszczonej w polu magnetycznym prostopadłym do kierunku płynącego prądu. Napięcie powstaje w wyniku oddziaływania pola magnetycznego na ładunki poruszające się w płytce i przesunięcie ich w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku indukcji magnetycznej i przepływającego prądu:

gdzie:
n – koncentracja nośników ładunku
q – ładunek nośnika (elektrony lub dziury)
c – grubość płytki (w kierunku działania pola magnetycznego)
I - natężenie prądu
R - stała zależna od materiału (tzw. stała Halla).

Zjawisko Halla wykorzystywane jest do pomiaru indukcji magnetycznej ponieważ indukowane napięcie jest do niej proporcjonalne. Czujniki Halla, wykonywane z arsenku indu lub antymonku indu, stosowane są również do pomiaru prędkości obrotowej. W tym celu montowane są na płytce metalowej w pewnym oddaleniu od magnesu trwałego.

Wprowadzenie ekranu połączonego z elementem ruchomym pomiędzy czujnik Halla a magnes (zmiana reluktancji szczeliny powietrznej) powoduje, że linie sił pola magnetycznego zamykane są w obrębie magnetowodów, co skutkuje zanikiem napięcia Halla. Przy dalszym obrocie elementu ruchomego ekran zostaje usunięty z przestrzeni pomiędzy magnesem a czujnikiem i dochodzi do indukcji impulsu napięciowego w płytce czujnika. Pomiar polega na zliczaniu powstających impulsów napięciowych, których częstotliwość jest proporcjonalna do prędkości obrotowej.

2.Część praktyczna
Pomiar indukcji magnetycznej za pomocą czujnika indukcyjnego

Rys.2. Schemat układu do pomiaru indukcji magnetycznej

Wnioski
Na podstawie analizy tabeli z pomiarami i wykresów zauważyć można, że wraz z niewielkim wzrostem napięcia i prądu zasilającego cewkę znacznie wzrasta napięcie czujnika.

Pomiar indukcji magnetycznej za pomocą czujnika Halla

Rys.3. Schemat układu do pomiaru indukcji magnetycznej