Метод измерения и описание аппаратуры. В работе используется полупроводниковый датчик Холла (Х501), встроенный в конструкцию

В работе используется полупроводниковый датчик Холла (Х501), встроенный в конструкцию, изображённую на рис. 4.

Датчик Холла 1 располагается на торце специального штока 2 (зонда), который перемещают по оси соленоида. Для определения положения штока на его боковой грани нанесена сантиметровая шкала 3. К штоку подсоединен жгут проводов 4 для подключения электродов.

В отсутствие магнитного поля (В = 0) U_y должна быть равна нулю, но вследствие ряда факторов это условие не выполняется. Погрешность измерения э. д. с. Холла dU_Y указана на кассете ФПЭ-04, в которой находится исследуемый соленоид.

Электрическая схема установки показана на рис. 5

Соленоид, расположенный внутри кассеты ФПЭ-04 посредством кабеля подключается к источнику питания (ИП). Ток через соленоид I_Cфиксируется амперметром PА_C источника питания. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида, с помощью цифрового вольтметра PV_Х измеряют э. д. с. Холла.

Параметры установки:

– толщина датчика Холла в направлении линий индукции магнитного поля a = 0,2 мм;

– управляющий ток датчика Холла I_X = 90 мА;

– число витков соленоида N = 3300;

– длина соленоида L = 0,18 м;

– диаметр соленоида D = 0,1 м.

Порядок выполнения работы

I. Определение зависимости магнитной индукции силы

и тарировка датчика Холла

1. Собрать схему, изображенную на рис. 5. Для этого гнезда на лицевой панели кассеты ФПЭ-04 соединить с соответствующими гнездами цифрового вольтметра. Поставить шток с датчиком Холла в среднее положение на оси соленоида («0» по шкале штока).

2. Включить источник питания и цифровой вольтметр в сеть (220 В). Измерить э. д. с. Холла U_Y¢ в средней точке соленоида (при = 0) для значений силы тока 0,5 А; 1,0 А; 1,5 А; 2,0 А (ток регулируется с помощью потенциометра П_С). Полученные результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

№ п.п.	IC, А	UY, В	UY¢, В	B0, Тл	BX, Ом×м/Тл	, Ом×м/Тл
	0,5
	1,0
	1,5
	2,0

3. Учесть погрешность измерения э. д. с. Холла, вычитая поправку, приведенную на кассете: U_Y = U_Y¢ - dU_Y.

4. Вычислить индукцию B₀ магнитного поля в центре соленоида по формуле 5.

5. Для каждого измерения из формулы 11 определить значение постоянной Холла:

R_X = .

Значения управляющего тока через датчик I_X и толщина датчика a приведены в описании экспериментальной установки.

6. Найти среднее арифметическое значение постоянной Холла .

7. Построить графики зависимостей индукции магнитного поля и э. д. с. Холла от тока в соленоиде: B = f(I_C) и U_y = f(I_C).

II. Исследование распределения индукции магнитного поля вдоль оси соленоида

1. Установить величину тока в соленоиде I_C = 1 А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида с интервалом Dх = 2 см, измерять э. д. с. Холла. Результаты измерений занести в табл. 2

Таблица 2

х, см							-2	-4	-6	-8	-10
UY, В
B, Тл

3. Используя полученное выше среднее значение постоянной Холла , по формуле 11 для каждого положения датчика Холла вычислить значение индукции магнитного поля в соленоиде:

B = .

4. Построить график зависимости индукции магнитного поля от координаты вдоль оси соленоида B = f(х).

Контрольные вопросы

1. Какова цель работы?

2. Каким методом измеряется индукция магнитного поля
в данной работе?

3. В чем заключается эффект Холла?

4. Каков физический смысл коэффициента Холла?

5. Дайте определение сектора магнитной индукции. Какова единица измерения этой величины в СИ?

6. Напишите выражение для силы Лоренца.

7. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

8. Сделайте вывод выражения для магнитной индукции:

а) в центре кругового тока;

б) на оси кругового тока.

9. Сделайте вывод выражения для магнитной индукции:

а) на оси бесконечно длинного соленоида;

б) на оси соленоида ограниченной длины.

10. При каком условии соленоид можно считать бесконечно длинным?

11. Как изменяется индукция магнитного поля вдоль оси соленоида?

12. Получите формулу для э. д. с. Холла.

13. Как изменится индукция магнитного поля на оси соленоида при увеличении числа витков на единицу длины в два раза при прочих рапных условиях?

14. Как изменится э. д. с. Холла при увеличении в два раза продольного тока через датчик и уменьшении в два раза индукции магнитного поля?

15. Как изменится индукция магнитного поля на оси соленоида конечной длины, если его диаметр уменьшить в два раза, а ток в катушке оставить неизменным?

16. Как изменится направление силы Лоренца в случае изменения знака носителей заряда, если направление продольного тока через датчик не изменилось?

17. Как направлен вектор скорости носителей заряда в проводнике по отношению к направлению тока?

18. Какие поля называются однородными?

19. Покажите вид магнитных силовых линий внутри соленоида.

20. Изменится ли степень неоднородности магнитного поля в центре соленоида конечной длины при увеличении его длины?

21. Как должна быть ориентирована плоскость датчика Холла относительно магнитных силовых линий соленоида?

22. Нарисуйте схему экспериментальной установки и поясните назначение в ней отдельных элементов.

23. Укажите основные источники погрешности определения магнитной индукции в данной работе.

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 2008. – Т. II, гл. IV, § 41, 42.

2.Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
Работа 19	Изучения принципа действия и характеристик электронных ламп . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . .3
Работа 119	Определение работы выхода из металла . . . . . .	. 15
Работа 27	Изучение работы электронного осциллографа . . .	. . 24
Работа 72	Снятие кривой намагничивания и петли гистерезиса ферромагнитных веществ с помощью осциллографа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . 43
Работа 172	Изучение гистерезиса ферромагнитных материалов с помощью осциллографа . . . . . . . . . . . .	. . 55
Работа 74	Определение электроёмкости конденсатора . . . .	. . 68
Работа 75	Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . 76
Работа 175	Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	. . 86

Учебно-методическое издание