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.

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).

الصورة 1: توضح انعدام تأثير هول عند غياب المجال المغناطيسي

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 V_H، ويتناسب اطرادا مع حاصل ضرب التيار المار في العينة والمجال المغناطيسي ليساوي: V_H=I×B

العربية

ملاحظة

قطعة معدنية

شفرة حلاقة مثلا.

فولتمتر

مقاومة متغيرة

مولد للمجال المغناطيسي

معناطيس أو جهاز لتوليد تيار كهرمغناطيسي.

في هذه التجربة نريد حساب قيمتي الجهد V_H ومعامل هول R_H 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.

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:

حيث أن:

        W: سمك العينة

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

       J_X: التيار المار في العينة

       B_Z: المجال المغناطيسي

I  (A)

0.5

1

1.5

2

2.5

(V)

0.0365

0.072

0.107

0.1445

0.183

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)    

(2)  

هو مستشعر إليكتروني (أو حساس) قادر على بعث فرق جهد V_H 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:

Allegro Microsystems A1120EUA Hall Effect Switch

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.

عندما تقوم بتقريب المغناطيس للمستشعر سيتم تغيير حالة الصمام الضوئي.

/*　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

  }

}

محركات DC اللامفروشة

Brushless DC Motors

مستشعر السرعة الدورانية

Rotary Speed Sensors

رأس قارئ الأشرطة المغناطيسية (المذياع)

Magnetic Tape Heads

قارئ البطاقات المعناطيسية

Magnetic Card Readers

مستشعر التيار

Current Sensors

مقياس الطاقة الكهربائية

Watt-hour Meters

مقياس القدرة الكهربائية

Electrical Power Measurements

مقياس غوص

Gauss-meters

أنظمة الإشتعال

Ignition Systems

مقياس المجال المعناطيسي

Magnet Field Measurements

مستشعر الإقتراب

Proximity Sensors

Flux Leakage Measurements

مضاعفات

Multipliers

Linear/Angular Transducers

مقياسات المغناطيس الدائم

Permanent Magnet Measurements

أنظمة التوجيه

Guidance Systems

Air Gap Measurements

تصميم الدارة المغناطيسية

Magnetic Circuit design

Nondestructive Memory Readouts

الجامعة

جامعة طنطا

كلية العلوم

شعبة الفيزياء

2012

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