【磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀】

　　功能、作用介紹：

　　“磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀”由天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理系教師劉躍、周嚴(yán)、馬巧云、黃書彬等人設(shè)計(jì)、制作完成。該儀器在利用霍爾效應(yīng)測磁場實(shí)驗(yàn)儀器的基礎(chǔ)上，采用電阻應(yīng)變計(jì)法進(jìn)行研制。該儀器測量準(zhǔn)確、演示清晰、結(jié)構(gòu)緊湊、成本相對較低，既適用于本科生課堂教學(xué)演示，又可以作為物理實(shí)驗(yàn)儀器供學(xué)生自行操作。該儀器研制成功后即應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教學(xué)實(shí)踐表明該儀器貼近教學(xué)實(shí)際，便于教師演示和學(xué)生操作;所涉及的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與儀器的設(shè)計(jì)兼具科學(xué)性與創(chuàng)新型，是目前物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的良好補(bǔ)充，同時(shí)可通過該儀器啟發(fā)學(xué)生自主進(jìn)行部分科學(xué)研究工作，無論是教師課堂演示還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作或是學(xué)生自主科學(xué)研究，該儀器均可滿足使用要求，因此該儀器具有良好的實(shí)用性。

　　磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀將傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容——利用霍爾效應(yīng)測磁場與當(dāng)前材料物理研究領(lǐng)域的前沿內(nèi)容——磁致伸縮效應(yīng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。磁致伸縮效應(yīng)指的是鐵磁體在被外磁場磁化時(shí)，其體積和長度發(fā)生變化的現(xiàn)象。具有磁致伸縮效應(yīng)的材料稱為磁致伸縮材料。磁致伸縮材料可將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能，相反也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電磁能，它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。多種具有磁致伸縮材料在微電子機(jī)械系統(tǒng)中扮演著重要角色，并廣泛應(yīng)用于聲學(xué)傳感器和發(fā)生器、致動(dòng)器、線性電機(jī)、減震裝置和擴(kuò)音器等領(lǐng)域。

　　磁致伸縮系數(shù)是衡量磁致伸縮材料性能優(yōu)劣的核心特性參數(shù)。對磁致伸縮材料進(jìn)行研究，最基礎(chǔ)、最重要的工作就是對磁致伸縮系數(shù)隨磁場變化關(guān)系的測量。同時(shí)，磁致伸縮系數(shù)的測量有助于加深高校理工科學(xué)生對磁致伸縮的概念、現(xiàn)象以及電磁學(xué)中諸多相關(guān)知識的理解。

　　為了準(zhǔn)確、清晰、方便地將磁致伸縮現(xiàn)象在課堂教學(xué)中進(jìn)行演示，需要使用磁致伸縮系數(shù)的測量與演示儀器。然而，目前研究工作中使用的磁致伸縮測試儀器均為專業(yè)設(shè)備，由于體積大、操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴等原因不便推廣，因此很難帶入本科生課堂對磁致伸縮這一重要物理現(xiàn)象進(jìn)行測量、演示教學(xué)。磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀可以準(zhǔn)確測量鐵磁合金的磁致伸縮系數(shù)，并實(shí)時(shí)生成磁致伸縮曲線，使學(xué)生對磁致伸縮現(xiàn)象具有直觀、準(zhǔn)確的認(rèn)識。該儀器的研制成功使磁致伸縮系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)首次進(jìn)入本科生課堂進(jìn)行演示，填補(bǔ)了磁致伸縮這一重要的電磁學(xué)知識在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中的空白。

　　本儀器有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　一、本實(shí)驗(yàn)首次將磁致伸縮現(xiàn)象引入到本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，較好地解決了教學(xué)與科研的結(jié)合問題。

　　二、既可以作為課堂演示儀器，也可以作為課堂分組教學(xué)儀器。

　　三、作為演示儀器，通過RS232接口，可在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)演示磁致伸縮現(xiàn)象。

　　四、作為課堂分組教學(xué)儀器，不但可以測量稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)，還可以完成利用霍爾效應(yīng)測磁場的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

　　五、勵(lì)磁電流采用恒流源，提高了磁場的穩(wěn)定性。

　　六、儀器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，操作簡便，性能穩(wěn)定可靠。

　　磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀主要由直流磁場、磁致伸縮測量部分和數(shù)據(jù)采集與顯示模塊三部分組成。其中數(shù)據(jù)采集與顯示單元可根據(jù)需要選配。因此，該儀器既可作為課堂演示儀器，又可以作為課堂分組教學(xué)儀器。其相關(guān)技術(shù)性能參數(shù)如下：儀器外形尺寸：390×295×190 mm3，磁感應(yīng)強(qiáng)度：0-0.12 T，線圈額定電流：1.0 A，磁場間隙：17 mm，霍爾元件尺寸：4×4×0.5 mm3，應(yīng)變片電阻：120Ω，應(yīng)變片尺寸：5×3 mm2，測試通道：2，接口：RS232/USB。

　　本儀器研制的初衷和意義就在于將現(xiàn)代科研前沿的內(nèi)容引入到本科教學(xué)中，這不但可以豐富學(xué)生的知識面，加強(qiáng)學(xué)生對現(xiàn)代科技發(fā)展的了解，而且極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更有助于對學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

　　磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀使磁致伸縮系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)首次進(jìn)入本科生課堂進(jìn)行演示，成功解決了磁致伸縮這一重要的電磁學(xué)知識在物理實(shí)驗(yàn)中無教學(xué)與演示儀器的現(xiàn)實(shí)問題;該實(shí)驗(yàn)儀實(shí)用性強(qiáng)，既可以完成磁致伸縮系數(shù)的測量實(shí)驗(yàn)，又可以獨(dú)立進(jìn)行利用霍爾效應(yīng)測磁場實(shí)驗(yàn);既可作為教學(xué)演示儀器，又可以作為課堂分組教學(xué)儀器;該儀器具有較高測量精度，不僅適用于高校理工類學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，還可以應(yīng)用于具體科研工作中的磁性測量;該儀器結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便，因此便于教學(xué)演示;其成本較低、便于推廣，作為電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，已經(jīng)用于本科教學(xué)實(shí)踐，收到很好的教學(xué)效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　作品名稱：磁致伸縮與霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀

　　完成單位：天津商業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 物理系