Изучение зависимости магнитного поля от координаты вдоль оси соленоида с помощью датчика Холла

Цель работы: измерение магнитной индукции внутри соленоида на его оси.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-04, источники питания, цифровой вольтметр (милливольтметр).

Описание установки

Установка состоит из рабочего устройства – кассеты ФПЭ-04. Кассета содержит соленоид, представляющий собой катушку, на которой намотано N = 2500 витков провода диаметром 1,06 мм. Длина намотки L = 167 мм, диаметр намотки D = 78,6 мм. Вдоль оси катушки перемещается шток. В штоке находится датчик Холла. На штоке через 10 мм нанесены деления, с помощью которых ведётся отсчёт перемещения датчика Холла от начала катушки. На передней панели установлены 2 гнезда, к которым подключается милливольтметр для измерения Э.Д.С. Холла ε_х(рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Принципиальная схема установки

В нижней части передней панели расположен разъём, через который подаётся питание постоянного тока 90 мА на датчик Холла и на катушку постоянного напряжения ±24 В.

Данные датчика Холла типа Х501.

Размеры, мм 1×1,5×0,2

Входное сопротивление R₁₀, Ом 2,1

Выходное сопротивление R₂₀, Ом 1,9

Рабочий ток, не более, А 0,09

Чувствительность S, В/(А∙Тл) 0,56

Ход работы

1 К разъёму кассеты ФПЭ-04 подключите кабель (если не подключён) источника питания. Подключите к выходным гнёздам кассеты милливольтметр.

2 Установите с помощью источника питания в соленоиде силу тока 0,4 А и измерьте Э.Д.С. Холла в центре соленоида. Увеличивая силу тока соленоида через 0,1А до 1,6 А проведите аналогичные измерения Э.Д.С. Холла.

3 Повторите пункт 2, уменьшая силу тока соленоида от 1,6 А до 0,4 А.

4 Вычислите значение индукции для токов, перечисленных в пункте 2, по формуле (4.4), и результаты занесите в таблицу.

5 Постройте графики зависимостей , , градуировочный график .

6 Используя выражение (4.10), определите концентрацию носителей заряда n и постоянную Холла R_x.

7 Установите ток в соленоиде 0,6 А.

8 Поместите датчик в конец соленоида (L = 100 мм). Вынимая датчик, через каждые 10 мм измерьте ε_х, определяя значения магнитной индукции В в зависимости от координаты вдоль оси соленоида из градуировочного графика . Сравните полученные результаты со значениями, вычисленными по формуле (4.10). Результаты занесите в таблицу.

9 Используя данные пункта 8, постройте график зависимости магнитной индукции В от расстояния относительно центра катушки .

10 Учитывая, что относительная погрешность измерения магнитной индукции равна δβ = 2 %, определите соотношение между длиной и диаметром D соленоида.

11 Определите магнитный поток Ф внутри катушки соленоида.

12 Повторите все измерения по пункту 8 для нескольких значений токов соленоида (1 А, 1,4 А).

Тема 5