POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI |
Sprawozdanie z ćwiczeń Nr 56 i 57
|
|
RAFAL WIJAS KRZYSZTOF WOJTYSIAK |
Temat: Pomiar indukcji magnetycznej za pomocą fluksometru. Badanie efektu Halla. |
|
Wydział Elektroniki Rok I |
Data 97-04-27 |
Ocena:
|
1. Cel ćwiczenia.
a)
Celem ćwiczenia jest poznanie studentów z jedną z metod pomiaru indukcji magnetycznej stałego pola magnetycznego.
b)
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studenta ze zjawiskiem Halla przez pomiary charakterystyk hallotronu oraz poznanie niektórych praktycznych zastosowań hallotronu.
2.WPROWADZENIE
a)
Fluksometr - jest pewnym rodzajem galwanometru (przyrząd do pomiaru bardzo małych prądów i napięć). Fluksometr różni się od galwanometru tym że wychylenie jego jest proporcjonalne nie do płynącego przez cewkę prądu lecz wyindukowanego ładunku elektrycznego. Fluksometr nie posiada także momentu zwrotnego, i gdy nie płynie prąd przez uzwojenie cewki zajmuje ona dowolne położenie wokół osi obrotu. Fluksometr pracuje przy małej rezystancji obwodu cewki a zatem przy dużym tłumieniu elektromagnetycznym. Dzięki temu ruch cewki zostaje zahamowany w bardzo krótkim czasie.
Łącząc fluksometr z sondą pomiarową możemy zmierzyć pole magnetyczne. Dokładniej mówiąc fluksometr jest przystosowany do pomiaru strumienia magnetycznego a do obliczenia indukcji magnetycznej możemy posłużyć się wzorem gdzie n jest liczbą zwojów sondy a S powierzchnią przekroju zwoju. Jednostką strumienia magnetycznego jest Wb (weber) natomiast indukcji magnetycznej B [Wb/m2] czyli T (tesla).
b)
Jeżeli płytkę z metalu lub z półprzewodnika włączymy w obwód prądu stałego i umieścimy w polu magnetycznym, którego wektor indukcji B jest prostopadły do powierzchni płytki i kierunku płynącego prądu elektrycznego, to między punktami A i B wytworzą się różnica potencjałów UH, zwana napięciem Halla. Jedną z metod pomiaru tego napięcia jest metoda bezpośredniego pomiaru napięcia za pomocą woltomierza o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej, np. lampowego lub cyfrowego.
UKŁAD POMIAROWY
Układ pomiarowy składa się z fluksometru [F], elektromagnesu [EM], cewki pomiarowej - sondy [Cs], zasilacza elektromagnesu [Z], autotransformatora [ATr].
Sam moment pomiaru następuje w momencie włączenia lub wyłączenia zasilania elektromagnesu i wtedy należy uchwycić maksymalne wychylenie się wskazówki fluksometru i odczytać wartość strumienia magnetycznego.
WYNIKI POMIARÓW:
Ie [A] |
1 [mWb] |
2 [mWb] |
ś [mWb] |
0,5 |
1.3 |
1.4 |
1,2 |
1,0 |
2.4 |
2.4 |
2,4 |
1,5 |
3.45 |
3.55 |
3,5 |
2,0 |
4.8 |
4.7 |
4,7 |
2,5 |
5.6 |
5.6 |
5,6 |
3,0 |
6.6 |
6.4 |
6,5 |
3,5 |
7.45 |
7.55 |
7,4 |
4,0 |
8.1 |
7.9 |
8,0 |
OBLICZENIA
Parametry sondy pomiarowej:
n = 40 0,5 [zw] - ilość zwojów cewki
S = (4,70 0,04) 10-4 [m2] - pole przekroju cewki
Obliczanie wartości indukcji magnetycznej B:
= = 0,063829 T
[mWb] |
B [T] |
1,2 |
0,063829 |
2,4 |
0,127659 |
3,6 |
0,191489 |
4,7 |
0,250000 |
5,6 |
0,297872 |
6,5 |
0,345744 |
7,4 |
0,393617 |
8,0 |
0,425531 |
BŁĘDY POMIARÓW
Pomiar był wykonywany przyrządami o następującej klasie:
fluksometr - kl. 2.5 zakres 10 mWb
amperomierz (multimetr) - kl. 0,5 zakres 10000mA
Błędu urządzeń pomiarowych:
I = (kl.zakres)/100 = (0,57500)/100 = 37,5 mA
= 0,25 mWb
Obliczanie błędu B metodą różniczki logarytmicznej:
= = 0,011956 T
B [T] |
B [T] |
0,063829 |
0,011956 |
0,127659 |
0,013807 |
0,191489 |
0,014061 |
0,250000 |
0,014295 |
0,297872 |
0,014486 |
0,345744 |
0,014677 |
0,393617 |
0,014868 |
0,425531 |
0,014995 |
B [T] |
B [T] |
0,064 |
0,012 |
0,128 |
0,014 |
0,191 |
0,015 |
0,250 |
0,015 |
0,298 |
0,015 |
0,346 |
0,015 |
0,394 |
0,015 |
0,426 |
0,015 |
Zestawienie wyników:
WNIOSKI
Jak wynika z wykresu zależność indukcji B od natężenia prądu płynącego w cewce jest zależnością liniową. Z tego wynika, że także strumień elektryczny wytworzony w elektromagnesie jest proporcjonalny do zmiany natężenia prądu.
Ponieważ klasa fluksometru wynosiła 2,5 (a taki przyrząd pomiarowy zasługuje na miano wskaźnika) więc wyniki pomiarów są obarczone dużymi błędami. Duży wpływ na błędy pomiarów miało to że fluksometr posiadał tylko jeden zakres pomiarowy (10 mWb), więc wyniki dla małych wartości są obarczone szczególnie dużymi błędami względnymi (np: (0,011956/0,063829)100% = 18,7%), w porównaniu z błędami przy większych wartościach (np: (0,014995/0,425531)100% = 3,5%).