Методика измерений
В работе для изучения индукции магнитного поля на оси соленоида используется метод, основанный на явлении (эффекте) Холла. Это возникновение в твердом проводнике (или полупроводнике) с током плотностьюj, помещенном в магнитное поле с индукциейВ, электрического поля напряженностьюЕ, Как следствие, между электродами, касающимися боковых граней образца, возникнет разность потенциалов x (см. рис.4.4).
Рис. 4.4.
ЭДС Холла может быть записана в виде
,
(4.15)
где Rx – постоянная Холла, a – ширина проводника. Плотность тока определяется формулой
,
(4.16)
где iД – управляющий ток через датчик Холла.
Подставляя (4.16) в (4.15), получаем
(4.17)
Обычно значение постоянной Холла для полупроводников значительно больше, чем для проводников.
Экспериментальная установка
В работе используется полупроводниковый датчик Холла (Х501), конструкция которого показана на рис.4.5.
Датчик Холла 1 располагается на торце специального штока (зонда), который перемещается по оси соленоида. Для определения положения штока внутри соленоида на его боковой грани нанесена сантиметровая шкала 2. К штоку подсоединен жгут 3 для подключения электродов.
В
отсутствии магнитного поля (В
= 0)
должна быть равна нулю, но вследствие
ряда факторов это не выполняется.
Погрешность измерения ЭДС Холла
мВ.
Электрическая схема установки показана на рис.4.6.
Соленоид (ФПЭ-04) посредством кабеля 2 подключается к источнику питания (ИП). Ток через соленоид фиксируется амперметром 3. Перемещая шток 1 датчика Холла вдоль оси соленоида, измеряют ЭДС Холла с помощью цифрового вольтметра В7-27А/1.
Рис. 4.6.
Параметры установки:
толщина датчика Холла в направлении магнитного поля h = 0,4 мм;
ширина датчика Холла 10,5 мм;
длина датчика Холла 7 мм;
управляющий ток датчика Холла iД = 15 мА;
число витков соленоида N = 2700;
длина соленоида L = 0,167 м;
диаметр соленоида D = 0,085 5% м.
Порядок выполнения работы Задание 1. Определение зависимости магнитной индукции в средней точке на оси соленоида и тарировка датчика Холла
Собрать схему, изображенную на рис.4.6. 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).
Включить источник питания и цифровой вольтметр в сеть (220В). Измерить ЭДС Холла
в средней точке соленоида для токов
0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,2 А. Полученные результаты
занести в табл.4.1.
Таблица 4.1
-
№ п/п
i
А
В
В
В0
Тл
Rx
Rx
1
0,3
2
0,5
3
0,7
4
0,9
5
1,2
Учесть погрешность измерения ЭДС Холла, вычитая поправку:
.Вычислить индукцию В0 магнитного поля в центре соленоида по формуле (4.13).
Для каждого измерения определить значение постоянной Холла из формулы (4.17):
.
Значения управляющего тока через датчик iД и ширины датчика h приведены в описании экспериментальной установки.
Найти среднее арифметическое значение постоянной Холла Rx.
Построить графики зависимостей индукции магнитного поля и ЭДС Холла от тока в соленоиде:
и
.