Ćwiczenie 43: HALOTRON

Wydział: WIEiT
PRACOWNIA
FIZYCZNA WFiIS
AGH
Data wykonania:
25.10.2016r.
Imię i nazwisko:
1. Filip Raszka
2. Adam Jamka
Temat:
Halotron
Rok: 2
Grupa:
Data oddania:
8.11.2016r.
Data oddania: Data zaliczenia:
Zespół: 4
Nr ćwiczenia:
43
OCENA:
Ćwiczenie 43: HALOTRON
1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się ze zjawiskiem Halla, wycechowanie hallotronu i pomiar rozkładu pola
magnetycznego pochodzącego od cewki kołowej i magnesu trwałego.
2. Zagadnienia kontrolne
Dołączone do sprawozdania na oddzielnej kartce.
3. Układ pomiarowy
4. Wykonanie ćwiczenia
A. Cechowanie hallotronu
Po zestawieniu obwodu zgodnie z powyższym schematem i włączeniu mierników wraz z
układami zasilającymi ustawiliśmy hallotron w środku cewki. Następnie przesuwając go w
kierunku poziomym znaleźliśmy położenie odpowiadające maksymalnej wartości
napięcia U. Później przesuwając go w kierunku pionowym znaleźliśmy położenie
odpowiadające minimalnej wartości U. Dalej zaczęliśmy wykonywać pomiary napięcia U
w zależności od natężenia prądu cewki IS (0-10 A zmieniając co 1 A) dla trzech różnych
wartości prądu hallotronu I (3,5 mA, 5,0 mA, 7,3 mA).
B. Pomiar rozkładu pola magnetycznego wzdłuż osi cewki
Ustaliliśmy prąd hallotronu I na maksymalny 7,3 mA oraz cewki IS na 10 A. Zaczynając od
środka cewki przesuwaliśmy hallotron o 0,5 cm i odczytywaliśmy napięcie U.
C. Pomiar indukcji pola magnetycznego dla magnesu stałego (ferrytowego)
Po wyłączeniu prądu cewki umieściliśmy w układzie magnes ferrytowy w trzech różnych
odległościach od hallotronu 0 cm, 5 cm oraz 10 cm i postępowaliśmy jak w punkcie B.
5. Wyniki pomiarów
Oryginalne wyniki dołączono do sprawozdania.
6. Opracowanie wyników
Tabela przedstawiająca wyniki naszych pomiarów z punktu A.
Prąd
cewki IC
[A]
Prąd
hallotronu
I [mA]
3,5
5,0
7,3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4,1
6,1
8,5
4,4
6,5
9,0
4,6
6,9
9,6
4,9
7,2
10,1
Napięcie U [mV]
2,3
3,5
5,0
2,6
4,0
5,4
2,8
4,3
6,0
3,1
4,7
6,6
3,3
5,0
7,1
3,6
5,4
7,5
3,8
5,7
8,0
Na poniższym wykresie znajdują się nałożone wykresy napięcia U w zależności od prądu
cewki IC dla trzech, różnych wartości prądu hallotronu I.
Niepewności:
u(Ic) = 0,1A (najmniejsza podziałka amperomierza)
u(I) = 0,1mA (najmniejsza podziałka amperomierza)
u(U) = 0,1mV (najmniejsza podziałka woltomierza dla tego przedziału)
Proste utworzone na podstawie pomiarów:
12
10
y = 0.5091x + 4.9818
8
y = 0.3655x + 3.5636
6
4
y = 0.2573x + 2.3045
2
0
0
2
4
6
8
10
12
Otrzymane współczynniki a i b są potrzebne przy następujących przekształceniach:
Stała część iloczynu dla r = 42,5mm i N = 40
Dla kolejnych natężeń hallotronu obliczam współczynnik c i R
Natężenie
3,5 mA
5,0 mA
7,3 mA
Wsp a
0,2573
0,3655
0,5091
Wsp b
2,3045
3,5636
4,9818
c
1345,77
1338,19
1276,67
R w omach
0,658
0,713
0,682
Średnie c: 1320,21
Średnie R: 0,684 ohma
Niepewności typu A:
U(c) = 21,88
U(R) = 0,015 ohma
Tabela przedstawiająca nasze wyniki z podpunktu B.
Odle
0
0,5
głość
x
[cm]
Napię 8,4
8,8
cie U
[mV]
Induk 0,353 0,394
cja B
493
997
[mT]
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
9,0
9,2
9,4
9,3
9,1
8,8
8,4
8,0
7,6
0,41
575
0,436 0,457 0,446 0,426 0,394 0,353 0,311 0,270
502
254 878
126
997
493 989
484
Odległ
ość x
[cm]
Napię
cie U
[mV]
Indukc
ja B
[mT]
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
7,2
6,8
6,5
6,2
5,9
5,7
5,5
5,3
5,2
5,0
0,22
898
0,187
475
0,156
347
0,125
219
0,09
409
0,073
338
0,052
586
0,021
458
0,000
706
0,031
834
Wzór na indukcje, używający obliczonych wcześniej współczynnika c i oporu R:
Wzór na indukcję teoretyczną:
Wykres indukcji od odległości z zaznaczoną indukcją teoretyczną:
Indukcja w mT od odległości
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Indukcja[mT]:
Teo:
Tabela przedstawiająca nasze wyniki z podpunktu C (wykonaliśmy zbyt dużo pomiarów)
Odległość
halotronu
x [cm]
Odległość
magnesu
d [cm]
0
5
10
Odległość
halotronu
x [cm]
Odległość
magnesu
d [cm]
0
5
10
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
6,4
4,4
3,8
6,2
4,2
3,8
6,1
4,1
3,8
5,8
4,1
3,7
5,5
4,0
3,7
5,3
3,9
3,7
5,0
3,9
3,7
4,8
3,9
3,7
4,5
3,9
3,7
4,4
3,8
3,7
4,2
3,8
3,7
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
4,1
3,8
3,7
4,0
3,8
3,7
4,0
3,7
3,7
3,9
3,7
3,7
3,9
3,7
3,7
3,9
3,7
3,6
3,8
3,7
3,6
3,8
3,7
3,6
3,8
3,7
3,6
3,8
3,7
3,6
Indukcja dla odległości:
0cm: 0,145971 mT ~ 0,15mT
5cm: -0,06155 mT ~ -0,06 mT
10cm: -0,12381 mT ~ -0,12 mT
Niepewności dla punku B i C
U(x) = 0,1cm (dla punktu B i C)
U(V) = 0,1mV
U(B) = 0,01mT (przykładowa niepewność złożona dla wzoru na B)
WNIOSKI:
- Indukcja oraz napięcie maleją wraz z odległością od hallotronu
- Indukcja oraz napięcie różnią się w zależności ustawienia magnesu w pionie w stosunku
do hallotronu
- Im większy prąd hallotronu, tym szybciej rośnie napięcie w zależności od prądu cewki
- Błędy pomiaru i zakłócenia zewnętrzne mogły doprowadzić do zaniżenia wyników
napięcia dla większych odległości od cewki/magnesu, co zaowocowało bardzo niskimi
(ujemnymi) wynikami indukcji.
- Opór hallotronu = 0,684 += 0,015 Ohma
- Stała hallotronu = 1320,21 +- 21,88