霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化. 关键词： 霍尔推力器 磁场位形 磁场线圈电流 磁镜比     

霍尔效应演示板的研发与自制

人教版普通高中课程标准实验教科书《物理.选修3-2》第六章第1节讲到了霍尔元件及霍尔效应.简单地说,霍尔效应就是通过电流的导体在垂直电流方向的磁场作用下,在与电流和磁场均垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象.笔者通过实验法,结合新课改要求设计,摸索中自制了演示     

霍尔效应法测磁场实验误差研究

从机理上研究了霍尔效应法测定螺线管磁场实验的主要误差来源,分析了误差因素的具体特点,导出了准确的计算公式,成功消除了主要误差,研究结果表明:霍尔效应附效应产生的电势差和接触电势差以及不对称因素导致的误差均可采用对称测量法予以消除,这为霍尔效应实验教学与研究提供了更为清晰的理论参考和更为精确的测量方法。     

用电子运动定性解释p型半导体中的霍尔效应

如图1所示,一块半导体样品当沿X方向通以电流I,沿Z方向加以磁场B,在Y方向则产生一霍尔电场EH,这种现象称为霍尔效应.实验表明,在图1所示样品电流I和磁场B的情况下,n型半导体样品(图 1a)所产生的霍尔电场 EH指向负Y方向,而p型样品(图1b)所产生的霍尔电场EH则指向正Y方向,二者正好相反.为了表示这个差别.将p型半导体样品的霍尔系数R定为正值,而n型样品的霍尔系数R则定为负值. 目前各种书上对n型和p型半导体霍尔效应的定性解释都是这样的,n型样品载流子是电子.如图 Za所示,当沿正 X方向通以电流人沿正z方向加以磁场B时.电子在洛仑兹力 …     

集成霍耳传感器实验仪

正立项目的●通过霍尔传感器的使用,同学能够了解基本工作原理●掌握霍尔传感器测量磁场的方法和了解霍耳传感器在工业生产中的广泛应用●研制利用霍尔传感器直接测量交直流电流的实验仪器(非接触式)建设内容◆项目的前期准备工作:实验仪器的电路设计◆购买仪器制作的元器件,制作实验仪器◆完成仪器的加工制作和使用调试◆编写实验教学内容和实验教学设计     

霍尔效应

1879年,二十四岁的霍尔在研究载流导体在磁场中所受的力的性质时,发现了一种电磁效应,即如果在电流的垂直方向加以磁场,则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。这个效应后来被称为霍尔效应。从那时到现在,一百年过去了,霍尔效应以及利用这个     

变温霍尔效应简易测量方法

变温霍尔效应实验重点在于半导体载流子输运特性分析,但是磁场和样品电流手动换向影响了测量准确性.利用原有设备测控功能并增加继电器实施磁场换向,实现由计算机测控的变温霍尔效应简易测量方法.在手动测量理解实验技术原理的基础上,通过自动化测量使教学实验从定性观测提升到半定量测量分析层次.实验教学方案优化不仅拓展数据处理方法,还丰富了实验教学内容和物性分析结果.     

霍尔效应测量中的不等位热扩散电势差

尽管常规换向直流法可消除已知副效应干扰并得到霍尔电压，但它掩盖了存在未知附加电势的实验事实。将4次换向测量归纳为磁场与样品电流同相组合和反相组合，根据在磁场中样品电流和热扩散电流具有相似物理行为，必须考虑不等位热扩散电势差的影响。这一方案不仅更清晰地解释4次换向测量平均的物理原理，还通过同相测量平均和反相测量平均之差与和得到不等位热扩散电势差与确定且可重复的霍尔电压。实验事实及分析结果表明，引入不等位热扩散电势差才能完整描述霍尔测量中所有副效应的贡献。     

层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算

通过对层流平衡相对论电子的运动微分方程组进行数值求解,得到正则角动量在pθ=0,pθ=const.和pθ∝r2三种情况下,束流的传输特性.针对pθ=0的相对论实心电子束,利用数值求解得到了与解析方法一致的结果,从而验证了数值方法的合理性;针对无法用解析方法求解的pθ=0环行电子束、pθ=const.和pθ∝r2的情况,利用数值方法得到了束流和空间极限电流关于波导、电子束结构和二极管电压等参数的变化规律及对轴向导引磁场的要求.计算结果表明:当相对论电子束以层流平衡态传输时,环行束较实心束具有更高的空间极限电流和更低的轴向导引磁场,且当阴极发射面与导引磁场的磁场线垂直时,维持电子束层流平衡所需的轴向导引磁场最低;电子束在有限磁场导引下以层流平衡态传输时,空间极限电流明显大于无限大磁场导引下一维近似的情况.利用数值方法对层流平衡相对论电子束进行理论研究,更全面地揭示了电子束在正则角动量满足不同条件时的束流特性,为设计新型结构的高功率微波器件提供理论参考.     

从反常霍尔效应到量子反常霍尔效应

 美国物理学家霍尔 (Edwin H.Hall) 在1879 年发现,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个边界之间会出现电势差(图1)。这个现象被称作霍尔效应。在当时要理解这一重要的现象还非常困难,因为电子的概念在18年后才被提出来。     

光磁共振实验中抵消地磁场垂直分量的方法

介绍了光磁共振实验装置的各磁场线圈,分析了光磁共振实验中抵消地磁场垂直分量传统方法的缺陷,利用垂直磁场对磁共振信号的影响,提出了一种重复性较好的抵消地磁场垂直分量的方法,减小了传统实验方法产生的误差.这种方法也可用于测量地磁场垂直分量的大小.     

磁场可调永磁离子源

研制了一台磁场可调微波离子源, 在离子源放电室处需要的磁场由一组永久磁铁产生, 永久磁铁外部安装了铁磁回路, 铁磁回路的结构可以很容易的手动调整, 通过调整铁磁回路的结构, 可以在放电室产生要求的磁场. 在调试过程中, 也可以调整铁磁回路以改变离子源内部磁场结构, 有利于获得最佳放电条件. 该源在测试中, 从3mm直径的引出孔引出了17mA的离子束.     

多层膜巨磁电阻特性及电流最佳测量

测量了不同方向外磁场和温度下多层膜巨磁电阻的磁阻特性,给出了巨磁电阻模拟传感器用于电流测量的最佳磁偏置.结果表明:外磁场强度相同但方向不同,对巨磁电阻的作用效果不同,巨磁电阻饱和时,阻值与外磁场方向无关.温度不同,巨磁电阻的阻值不同,磁电阻变化率也有改变.     

带电粒子在非均匀磁场中运动的教学设计

从大学物理的教学目的出发,对带电粒子在轴对称非均匀磁场中的运动进行了教学设计．带电粒子在均匀磁场中的运动是基础,分析轴对称非均匀磁场的特点是重点、难点,磁约束概念的讲解是结果．所贯穿的教学方法是问题式的引导,设计的特点是：将物理学中经常用到的处理问题的方法“近似”巧妙地应用到“带电粒子在轴对称非均匀磁场中运动”的分析之中,使复杂问题简单化．     

高精度光纤陀螺零位误差的磁温特性研究

介绍了高精度光纤陀螺零位误差的形成原理，并就温度和磁场对高精度光纤陀螺零位误差的影响进行了详细的理论分析。仿真结果表明:由于温度引起的零偏峰值漂移为0.06°/h。最后，对交变温度场和径向静磁场交联作用下的情况建立了理论模型并进行了实验研究，实验结果表明:在径向磁场和不同温度作用下，光纤陀螺由于交联耦合效应产生的径向磁场灵敏度变化，即交联耦合度<1%，这和理论模型具有较高的一致性。     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

Improving the field-emission properties of carbon nanotubes by magnetically controlled nickel-electroplating treatment

A novel magnetically controlled Ni-plating method has been developed to improve the field-emission properties of carbon nanotubes (CNTs). The effect of the magnetic field and Ni-electroplating on CNT field-emission properties was investigated, and the results are demonstrated using scanning electron microscopy, J-E and the duration test. After treatment, the turn-on electric field declines from 1.55 to 0.91 V/μm at an emission current density of 100 μA/cm², and the emission current density increases from 0.011 to 0.34 mA/cm² at an electric field of 1.0 V/μm. Both the brightness and uniformity of the CNT emission performance are improved after treatment.     

强磁场下Sm-Fe薄膜不同晶态组织演化及磁性能调控

针对Sm-Fe薄膜的不同晶态组织演化和磁性能调控问题,采用分子束气相沉积方法制备Sm-Fe薄膜时,通过改变Sm含量、膜厚和强磁场来调节薄膜的晶态和磁性能.结果表明,Sm含量可以调节Sm-Fe薄膜的晶态组织演化,而晶态组织的演化和强磁场对磁性能有显著影响.Sm-Fe薄膜在Sm原子比为5.8%时是体心立方晶态组织,在Sm含量为33.0%时为非晶态组织,而膜厚和强磁场不会影响薄膜的晶态组织.非晶态薄膜的表面粗糙度和表面颗粒尺寸都比晶态薄膜的小,施加6 T强磁场会使表面颗粒尺寸增大,而表面粗糙度降低.非晶态薄膜的饱和磁化强度M_s比晶态薄膜的M_s(1466 emu/cm~3,1 emu/cm~3=4π×10-10T)低约47.6%,施加6 T强磁场使非晶态和晶态薄膜的M_s均降低约50%.Sm-Fe薄膜的矫顽力H_c在6—130 Oe(1 Oe=103/(4π)A/m)之间,其中,非晶态薄膜的H_c比晶态薄膜的H_c大.施加6 T强磁场使晶态薄膜的H_c增大,而使非晶态薄膜的H_c减小,最高可以减少95%.结果表明含量和强磁场可以用于调控Sm-Fe薄膜的晶态和磁性能.     

横向三角脉冲磁场下悬臂导电薄板的动力稳定性分析

对于在仅有外加横向三角脉冲磁场下的悬臂导电薄板,给出了受到脉冲磁场影响时其动力稳定性的定量分析方法。揭示了在三角脉冲磁场下由于受到涡电流与总磁场相互作用所产生的面内磁体压力的作用,悬臂导电薄板会发生失稳。得到了在不同稳态磁场作用下受到三角脉冲磁场作用时导电薄板的磁弹性动力响应的数值模拟结果。在此基础上,给出了关于稳态磁场值、横向脉冲磁场峰值和脉冲持续时间等参数范围的磁弹性动力稳定性区域。     

求任意形状截面无限长直载流螺线管磁场的一种方法

在电磁学中,无限长直载流螺线管的磁场是一个基本与核心的问题,为了得到这一系统的磁场,通常的做法是：先就圆截面情况计算,然后把截面为任意形状无限长直螺线管看成是由无数大大小小的圆截面螺线管叠加而成,由此得到螺线管内的磁场均匀而管外磁场为零的一般结论.这里给出了一种推导截面为任意形状无限长直螺线管内外磁场的直接方法.先计算螺线管表面一窄条的磁场,再算总磁场.这种方法物理图像清楚,数学过程简单,可以在教学中加以应用.