霍尔效应与磁路定理的应用.ppt

霍尔效应与磁路定理的应用 报告人:材料科学与工程系(14系)PB05206281 李磊 指导老师:张子平1.设想的产生这这个个设设想是由一个有想是由一个有关磁路定理的例关磁路定理的例题题而而产产生。在生。在这这个例个例题题中，中，我我们们可以利用磁路定可以利用磁路定理求得空隙理求得空隙宽宽度度 与其与其间间磁磁场场强强度度B的关系。的关系。于是想到当于是想到当铁铁芯芯发发生生微小位移，微小位移，B也也发发生生变变化。化。这样这样可以可以测测出出B，来求得来求得发发生的位移量。生的位移量。2.大纲应用到的理论原理图的设计公式的推导刻度盘的改装应用实例霍尔效应副效应的消除第二设想3.应用到的理论霍尔效应：在外磁场中的载流导体会在与电流和外磁场垂直的方向上出现电荷分离而产生电势差，这种现象称为霍尔效应。磁路定理：闭合磁路的磁动势等于各磁路上磁位降落之和 返返回回4.右图是装置的基本构造。由两部分组成：带孔隙环形电磁铁和霍尔元件原理原理图图5.环形电磁铁：铁芯b固定，铁芯a可自由水平滑动，当a发生微小偏移时，空隙间磁场改变。6.霍尔元件原理图：导体薄片沿磁场B方向的厚度为d，K为霍尔系数，图中两表的示数分别为U、I，则：返返回回7.a、b不不发发生偏移生偏移时时，由磁路定理，有 公式推公式推导导8.这时这时，式，式 变为变为当由于当由于a受力而靠近受力而靠近b，设设a发发生微小位移生微小位移 则：间隙变为 ，a与b总的有效长度变为 9.在这里，我们可以利用霍尔元件测得空隙间的磁感应强度B，假设电压表、电流表的示数分别为U、I，霍尔系数为K，则再令再令在前面我在前面我们们已求得：已求得：在这里，我们可以利用霍尔元件测得空隙间的磁感应强度B，假设电压表、电流表的示数分别为U、I，霍尔系数为K，则10.经过上面的讨论，我们得到了关系式我们可以保证k、h在测量过程保持不变，所以，我们可以通过测I、U，来求得位移x.返返回回11.刻刻度度盘盘霍霍尔尔元件元件对刻度盘进行改装当 时，当 时，返返回回12.应用实例1、测测量量质质量：量：装置如图：设弹簧劲度系数为k(弹簧很灵敏，即k很小)假设托盘上放有待测物A（质量设为m），与托盘相连的铁芯向下移动 后达到平衡，则：由平衡条件，所以，（x的值可在刻度盘上读得）13.2、测量角速度：（装置如图）设弹簧劲度系数为k，原长为 。当体系绕轴以角速度 转动时，与弹簧相连的铁芯(可自由活动）发生离心位移 ，且达到平衡。则：由平衡条件，得：（x的值可在刻度盘上读得）14.说明：我们可以通过装上不同劲度系数的弹簧来改变仪器的灵敏度，即：当k足够大时，可以实现对较大量的测量；k很小时，可以测量微小量。返返回回15.霍霍尔尔元件副效元件副效应应的影响的影响在实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，它使所测得的电压不只是UH，还会附加另外一些电压，给测量带来误差。这些热磁效应有埃廷斯豪森效埃廷斯豪森效应应、能斯特能斯特效效应应、里吉里吉-勒迪克效勒迪克效应应。消除这些副效应的影响的具体方法可参考文献由吕斯骅、段家恃主编新编基础物理实验中的实验二十 霍尔效应测量磁场。返返回回16.另一设想设想利用电容器来代替霍尔元件，原理图如下1、在空隙上下方各加上一个平行、在空隙上下方各加上一个平行电电容板，容板，构成一个构成一个电电容器（保容器（保证电场证电场与磁与磁场场垂直），垂直），电电容器上的容器上的电压电压可可调调，间间距距为为d。2、利用速度、利用速度选择选择器可以限定只有速度器可以限定只有速度为为v的粒子能的粒子能进进入空隙。入空隙。3、再通、再通过调节电过调节电容器的容器的电压电压使使荧荧光屏上光屏上只出只出现现一个一个处处于原点的亮斑，于原点的亮斑，记记下下电压电压U则则可得：可得：17.两种方法的优劣：霍尔元件测场强电容器测场强劣势空隙必须很小，而霍尔元件本身的厚度会影响测量精度及测量范围构造较复杂需要精确调节的仪器较多，不便于操作优势易于操作不受空隙大小影响，可保证精确度18.参考文献：参考文献：、张玉民、戚伯云编电磁学、吕斯骅、段家恃主编新编基础物理实验基础实验中的实验二十 霍尔效应测量磁场指导教师：张子平19.谢谢大家！20.