1.     Wstęp teoretyczny.

1.1              Efekt Halla.

Jeżeli płytkę z metalu lub półprzewodnika włączymy w obwód prądu stałego i umieścimy w polu magnetycznym, którego wektor indukcji B jest prostopadły do powierzchni płytki i do kierunku płynącego prądu elektrycznego, to między punktami na bocznych powierzchniach płytki wytworzy się różnica potencjałów UH, zwana napięciem Halla.

Załóżmy, że nośnikami prądu są elektrony. Jeżeli do płytki przyłożymy napięcie, to w razie braku pola magnetycznego przez próbkę będzie płynął prąd o natężeniu I. Wytworzone w próbce pole elektryczne o natężeniu Ex będzie skierowane zgodnie z kierunkiem płynącego prądu, natomiast elektrony poruszać się będą w kierunku przeciwnym polu z prędkością vx. Jeżeli teraz pojawi się pole magnetyczne o indukcji B, to na elektrony poruszające się w tym polu z prędkością vx będzie działać siła Lorentz`a.

FL = -e (vx ´ B)

Tak, więc każdy elektron w płytce poruszający się z prędkością vx, zostaje odchylony od swego początkowego kierunku ruchu. Wskutek zmiany torów elektrony gromadzą się na jednej z krawędzi płytki, natomiast na drugiej wytwarza się niedobór elektronów. Dzięki temu powstaje dodatkowe pole elektryczne o natężeniu Ey. Proces gromadzenia się ładunków trwa tak długo, aż powstałe pole poprzeczne Ey, działające na elektrony z siłą

Fy = -eEy

zrównoważy siłę Lorentz`a. Wówczas napięcie Halla obliczamy z równania

UH = g I B,

w którym

gdzie d - wysokość płytki.

Mierząc natężenie prądu I płynącego przez płytkę, napięcie Halla UH oraz znając współczynnik g, można wyznaczyć indukcję magnetyczną B. Urządzenie służące do wyznaczania indukcji magnetycznej, wykorzystujące efekt Halla, nazywa się hallotronem, współczynnik g zaś czułością hallotronu.

Napięciu Halla towarzyszy niepożądane napięcie asymetrii pierwotnej związane z poprawnością wykonania elektrod hallowskich. Gdy elektrody te nie leżą dokładnie na przeciwko siebie wówczas między elektrodami hallowskimi wytwarza się różnica potencjałów UA zwana napięciem asymetrii pierwotnej, które sumuje się z napięciem Halla i utrudnia pomiar.

1.2        Pomiar indukcji magnetycznej za pomocą fluksometru.

Jedną z często stosowanych metod pomiaru pola magnetycznego jest metoda, w której w badanym polu umieszczamy cewkę pomiarową Cs zwaną sondą bądź czujnikiem, połączoną z galwanometrem specjalnego typu. W cewce pomiarowej pod wpływem wywołanej przez nas w jakiś sposób zmiany strumienia magnetycznego powstaje impuls prądu indukcyjnego, powodujący wychylenie galwanometru. W wykonywanym ćwiczeniu do pomiaru stosowany jest galwanometr pełzny, zwany też strumieniomierzem bądź fluksometrem. Wychylenie tego galwanometru jest proporcjonalne nie do natężenia prądu, ale do ładunku, który przepłynął przez uzwojenie cewki w galwanometrze.

Fluksometr jest galwanometrem bez momentu zwrotnego. Gdy nie płynie prąd przez uzwojenie cewki zajmuje ona dowolne położenie wokół osi obrotu. Do sprowadzenia cewki w dowolne położenie zerowe służą specjalne urządzenia mechaniczne bądź elektryczne, obracające ruchomy system fluksometru. Fluksometr pracuje przy małej rezystancji obwodu cewki RG+R, a zatem przy dużym tłumieniu elektromagnetycznym r2>>r1­. Pod wpływem tego dużego tłumienia ruch cewki bywa w bardzo krótkim czasie zahamowany.

Wychylenie fluksometru jest proporcjonalne do zmiany strumienia magnetycznego, przenikającego przez uzwojenie cewki pomiarowej. Fluksometry są bezpośrednio wycechowane w jednostkach strumienia indukcji magnetycznej w weberach [Wb] = [V·s].

2.     Przebieg ćwiczenia:

1)     Wyznaczenie zależności napięcia Halla od indukcji magnetycznej UH = f (B),

2)     Wyznaczenie zależności napięcia Halla od prądu sterującego UH = f (Is),

3)     Pomiar indukcji magnetycznej za pomocą fluksometru,

2.1              Wyznaczanie zależności napięcia Halla od indukcji magnetycznej.

2.1.1              Schematy pomiarowe.

W skład układów pomiarowych wchodzą:

-          elektromagnes EL-01,

-          zasilacz elektromagnesu ZT-980-4,

-          miliamperomierz LM-1,

-          Hallotron,

-          zasilacz ZT980-3,

-          miliamperomierz LM-3,

-          woltomierz cyfrowy V530.

             Układ zasilający hallotron.                                   Układ zasilający elektromagnes.

2.1.2        Tabele z wynikami pomiarów i obliczeń.

a)              Wyznaczanie charakterystyki  UH = f (B)