تأثير هول

تأثير هول

image001

في هذا المشروع سوف ندرس تأثير المجال المغناطيسي على التيار الكهربائي المار في موصل، وسندرس تأثير هول بأبسط الطرق الممكنة


تقديم

 

في سنة 1879 اكتشف ايدوين هول (Edwin Hall) ما يعرف الآن بتأثير هول (Hall effect) حينما كان يقوم ببحث نظرية سريان الالكترونات الذي اقترحه كلفن قبل 30 سنة.
اكتشف
ايدوين هول انه اذا وضع مغناطيسا بشكل عمودي على وجه شريحة من الذهب يمر بها تيار كهربائي فانه سيظهر فرق في الجهد على حدي الوجه الاخر، ووجد ان هذا الفرق في الجهد يتناسب مع التيار المار في الشريحة وكثافة الفيض المغناطيسي العمودي على وجه الشريحة.

لكن، لم يتم استخدام هذه الظاهرة الا في آخر خمسة عقود، فكان اول تطبيق عملي له خارج المختبر هو المستشعر إليكتروني (أو حساس) للتيار المغناطيسي سنة 1950. بالتوسع في صناعة المواد اشباه الموصلات اصبح من الممكن استخدام تطبيقات لانهائية لتأثير هول وأول تطبيق صناعي كان مكبر صوت يطلق عليه اسم the solid state keyboard بالإنجليزية.

image002


نظرية تأثير هول

 

حينما يوضع موصل يمر به تيار كهربائي في مجال مغناطيسي، سيتولد فرق جهد عمودي على كلا من التيار الكهربائي والمغناطيسي وهذا ما يعرف بتأثير هول. الصورة رقم 1 توضح مبدأ تأثير هول حينما يمر تيار كهربائي في شريحة من اشباه الموصلات فإن فرق الجهد العمودي على التيار يساوي 0 (في حاله عدم وجود مجال مغناطيسي).

image003

الصورة 1: توضح انعدام تأثير هول عند غياب المجال المغناطيسي

image004

الصورة 2: توضح تأثير هول بوجود مجال مغناطيسي

 

حينما يتواجد مجال مغناطيسي فإن تأثيرا قويا لورانتز ينطبق على التيار الكهربائي المار في العينة وتجعل المركبات الكهربائية تنحرف ولا تصبح مرتبة مما يؤدي لظهور فرق جهد بين وجهي العينة. هذا الفرق في الجهد يسمى بفرق جهد هول ويرمز له بـ VH، ويتناسب اطرادا مع حاصل ضرب التيار المار في العينة والمجال المغناطيسي ليساوي: VH=I×B

 

 


خطوات التجربة


الأجزاء الرئيسية

العربية

ملاحظة

قطعة معدنية

شفرة حلاقة مثلا.

فولتمتر

 

مقاومة متغيرة

 

مولد للمجال المغناطيسي

معناطيس أو جهاز لتوليد تيار كهرمغناطيسي.


التركيب

في هذه التجربة نريد حساب قيمتي الجهد VH ومعامل هول RH عندما يتعرض التركيب للمجال المغناطيسي.


1- يجب لحم الاسلاك بالانصهار لا ينفع اللحم بالقصدير لأن نقطه اللحام ستكون كبيره.
2- يوصل السلكين 1 و2 بمصدر التيار. أما الأسلاك 3 و4 و5 فستبقى للقياس فيما بعد.

3- نصل السلكين 4 و 5 بالمقاومة المتغيرة حتى يمكننا ضبط الجهد للصفر في المجال المغناطيسي.

4- نضبط التيار الكهرمغناطيسي بمستوى 1.5 أمبير.

image005

نضع العينة بين قطبي المغناطيس يجب ان يكون قويا في حالة اذا كانت العينة من المعدن حيث انه سيتبين لنا لاحقا ان التيار الناشئ (تيار هول) سيكون بالمليفولت.

 

نثبت التيار الكهربائي ونغير المجال المغناطيسي ونعين فرق الجهد من العلاقة:

image006 

image007

حيث أن:

 

        W: سمك العينة

     VH: فرق الجهد الناتج من العينة عند وضعها في مجال مغناطيسي (فرق جهد هول)

       JX: التيار المار في العينة

       BZ: المجال المغناطيسي

 

النتائج

 

كانت النتائج كالتالي:

I  (A)

0.5

1

1.5

2

2.5

(V)

0.0365

0.072

0.107

0.1445

0.183

 

image009

نجد ان العلاقة (1) تحققت عمليا ونتج لنا خط مستقيم يمر بنقطة الاصل ومن ميل الخط يمكن استنتاج معامل هول حيث ان الميل يساوي العلاقة (2) وبمعلومية التيار المغناطيسي وسمك العينة وهم ثوابت نعين معامل هول في الصلب.

(1)    image010

(2)  image011


مستشعر هول

 

تقديم

هو مستشعر إليكتروني (أو حساس) قادر على بعث فرق جهد VH حينما يتعرض لمجال مغناطيسي ويساوي حاصل ضرب التيار الكهربائي الداخل والمجال المغناطيسي وزاوية التعرض للمجال.

 

وبتثبيت التيار الكهربائي من الممكن استخدام مستشعر هول كمقياس للمجال المغناطيسي.

 

في هذا التطبيق سنستعمل مستشعر هول ذي الصيغة التالية:

image012

Allegro Microsystems A1120EUA Hall Effect Switch

 

تركيب

سنستعمل مستشعر هول من أجل تشغيل وإيقاف الصمام الضوئي لبطاقة أردوينو UNO.

قم بإيصال الأطراف كما يلي:

* صل المربط 1 للمستشعر بالمربط 5V+ لبطاقة أردوينو (السلك الأحمر)

* صل المربط 2 بالمربط 0V (السلك الأسود)

* صل المربط 3 بمربط المدخل 12 (input pin) لبطاقة أردوينو (السلك البرتقالي).

قم أيضا بجعل مقامة كهربائية بين المربط 1 والمربط 3 للمستشعر.

image013

عندما تقوم بتقريب المغناطيس للمستشعر سيتم تغيير حالة الصمام الضوئي.

 

برمجة

/* زر باستعمال مفعول هول

     Hall Effect Switch

 

  في هذا المثال سنقوم بتشغيل صمام ضوئي وإطفاءه عن طريق المربط الرقمي 13 للبطاقة، عندما يحدث مفعول أو لنقل تأثير هول عن طريق تقريب مغناطيس لمستشعر مفعول هول لمرتبط بالمربط 2. هذا المثال هو نموذج عام لكل من يريد أن يستخدمه. 

 http://www.hobbytronics.co.uk/arduino-tutorial8-hall-effect

*/

 

// تعريف الثوابت

const int hallPin = 12;     // رقم المربط الذي سيوصل بالمستشعر

const int ledPin =  13;     // رقم المربط الذي سيوصل بالصمام الضوئي

// تعريف المتغيرات

int hallState = 0;          // سيستعمل لقراءة القيمة المتولدة من المستشعر

 

voidsetup()

{

  pinMode(ledPin, OUTPUT);  // تهيئة مربط الصمام الضوئي على أنه سيكون مخرجا

  pinMode(hallPin, INPUT);  // تهيئة مربط المشتشعر على أنه سيكون مدخلا

 

}

 

voidloop()

{

  hallState = digitalRead(hallPin); // قراءة القيمة المتولدة من المستشعر

 

  if (hallState == LOW) digitalWrite(ledPin, HIGH); // إشعال الصمام الضوئي

  else                 digitalWrite(ledPin, LOW);   // أطفاء الصمام الضوئي

  }

}

 

تجربة


تطبيقات أخرى

 

محركات DC اللامفروشة

Brushless DC Motors

مستشعر السرعة الدورانية

Rotary Speed Sensors

image014

image015

رأس قارئ الأشرطة المغناطيسية (المذياع)

Magnetic Tape Heads

قارئ البطاقات المعناطيسية

Magnetic Card Readers

image016

مستشعر التيار

Current Sensors

image018

مقياس الطاقة الكهربائية

Watt-hour Meters

مقياس القدرة الكهربائية

Electrical Power Measurements

مقياس غوص

Gauss-meters

image019

image020

أنظمة الإشتعال

Ignition Systems

مقياس المجال المعناطيسي

Magnet Field Measurements

image021

image022

مستشعر الإقتراب

Proximity Sensors

 

Flux Leakage Measurements

image023

image024

مضاعفات

Multipliers

 

Linear/Angular Transducers

image025

image026

مقياسات المغناطيس الدائم

Permanent Magnet Measurements

أنظمة التوجيه

Guidance Systems

 

 

 

Air Gap Measurements

تصميم الدارة المغناطيسية

Magnetic Circuit design

 

 

 

Nondestructive Memory Readouts

 

 


مقاطع مصورة

 


معلومات عن مشروع التخرج

 

الجامعة

جامعة طنطا

كلية العلوم

شعبة الفيزياء

2012

image027

المؤلف

أحمد عبده المناوي

البريد

عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

المشرف

الدكتورة سامية أحمد سعفان

الملفات

النسخة الأصلية 

تلخيص بصيغة pdf

تلخيص بصيغة doc

نوع البحث

إجازة للحصول على البكالوريوس

 

{jumi [*3]}  


المراجع

 

 

HALL EFFECT SENSING AND APPLICATION
Internet material, http://britneyspears.ac/physics/halleffect/hall.htm.

R. P. Feynman, Feynman Lectures on Physics, 3 , ch. 14

http://www.hobbytronics.co.uk/arduino-tutorial11-hall-effect


أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top