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        用線性霍爾元件組合“Arduino”開源電子平臺測量磁感應強度

        2019-12-13 02:46:26鄒建中
        物理教師 2019年10期
        關鍵詞:螺線管磁感應霍爾

        鄒建中 胡 博

        (江西省新余市第四中學,江西 新余 338031)

        高中物理新課標選修3-1的《磁場》章末中,介紹了霍爾效應的現象及其相關特點、同時在課后拓展中還提出了一項“課題研究”——“由于霍爾元件體積很小,可以用來制作探測磁場的探頭”. 而我們老師在平常的教學中,常??嘤诟黝惔鸥袘獜姸鹊亩繙y量.要么裝備價格昂貴的數字化實驗裝備,而筆者應用線性霍爾元件組合“Arduino”開源電子平臺,設計出一套測量磁感應強度的簡易裝置,效果較好,現介紹如下:

        1 線性霍爾元件的工作原理

        圖1

        如圖1所示,高h、寬為d的導體置于勻強磁場B中,當電流通過導體時,在導體板的上表面A和下表面A′之間產生電勢差.

        2 Arduino開源電子平臺介紹

        Arduino硬件平臺本質上是一種以AVR系列微處理為核心的單片機開發(fā)板,具有13個數字輸入/輸出端口和5個模擬輸入/輸出端口,可以通過外接傳感器實現對各類物理量的測量和數據采集,由于應用廣泛、用戶眾多,配套或兼容的傳感器和外圍設備非常多,只要合理利用,完全可以實現中學物理實驗所需要的各類功能.我們采用Arduino Uno電路板作為數據采集器,如圖2

        圖2

        3 實驗器材和原理

        圖3 圖4

        取一根硬的細朔料管G,將傳感器T固定在管的一端,讓連接3個腳的導線穿過管內,制成一個探頭,如圖5所示,圖5(甲)中的傳感器測量面與管的軸線垂直,適合探測測量通電螺旋管內的磁場,圖5(乙)中的傳感器測量面與管的軸線平行,適合于測量相互平行靠近的一對N,S磁極間的勻強磁場.

        圖5

        將傳感器和Arduino Uno電路板數據采集器組裝測量平臺如圖6

        圖6

        4 數據采集程序

        #include

        LiquidCrystal_I2C Icd(0x27,16,2);

        void setup()

        {

        Serial.begin(9600);

        Icd.init();

        Icd.backlight();

        }

        然而,隨著浮選鈦精礦產量的增加,浮選烘干工序又出現了新的難題——烘干尾氣存有異味,嚴重影響人們的生活。倘若浮選鈦精礦烘干尾氣異味不能得到有效解決,將嚴重制約攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦的開發(fā)利用,尤其是鈦鐵礦的綜合回收利用。

        void loop()

        {

        int sensorValue=analogRead(A1);

        float voltage=sensorValue*(5.0/1023.0);

        lcd.setCursor(0,1);

        lcd.print(Magnetic);

        delay(200);

        }

        以上是Arduino系統(tǒng)連接3503型線性霍爾元件測量霍爾電壓的全部代碼,在IDE中編譯下載到Arduino Uno電路板,即可實現霍爾電壓的測定.

        5 實驗操作

        圖7

        將圖6中的探頭伸入圖7中的螺線管,如實物圖8,9所示,用直流穩(wěn)壓電源E1給空心螺線管L通電.將探頭沿著螺線管軸線O移動,從一端口進入,從另一端口移出,測量出若干點的磁感應強度.再與軸線旁沿著平行于軸線方向測量一次.還可以借助刻度尺確定各個測量點的位置數據.

        圖8

        圖9

        6 數據處理與結論

        (1) 記錄x與U的數據(x為沿螺線管縱軸的坐標位置,U為數字電壓表的讀數,反映了磁感應強度的相對大?。?

        表1 細長的螺線管,I=100mA

        (2) 作U-x圖像(如圖10):

        圖10

        結論:在細長的螺線管內中部區(qū)域是平行于軸線方向的勻強磁場

        (3) 記錄U與電流I的數據.

        表2

        (4) 擬合U、I圖線.

        由此可得:在已知K、d、U、I的前提下,磁感應強度B可求.

        圖11

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