Метод измерений

Для экспериментального исследования индукции магнитного поля на оси соленоида в настоящей работе используется метод, основанный на явлении Холла. Если через проводящую пластинку с поперечным сечением a b пропустить ток плотностью j и поместить ее в поперечное магнитное поле с индукцией B, то на движущиеся носители зарядов будет действовать сила Лоренца. В результате на одной грани пластинки будут скапливаться положительные, а на другой — отрицательные заряды. Таким образом, возникает добавочное электрическое поле, напряженность которого E перпендикулярна векторам B и j (рис. 1). Возникающая при этом разность потенциалов Δφ называется ЭДС Холла. Величина Δφ между боковыми гранями пропорциональна величине тока i и индукции В:

, (5)

где i = jab.

Коэффициент пропорциональности R называется постоянной Холла. В работе используется полупроводниковый датчик Холла марки X501 с управляющим током i = 90 мА. Поскольку линии магнитной индукции внутри соленоида направлены вдоль оси, то датчик Холла располагается на торце специального штока, вставляемого в соленоид. Для измерения положения датчика внутри соленоида на боковой грани штока нанесена миллиметровая шкала. Толщина датчика b в направлении магнитного поля равна 0,2 мм.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение зависимости магнитной индукции в средней точке на оси соленоида и тарировка датчика Холла.

Рис. 5.	Рис. 6.

1. Собрать схему, изображенную на рис. 5 и 6.

2. Поставить шток с датчиком Холла в среднее положение на оси соленоида («0» по шкале).

3. Включить источник питания и цифровой вольтметр в сеть 220 В.

Измерить ЭДС Холла в центре соленоида для токов 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,2; 1,3 А. Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1.

№ измерения	Ток соленоида IC, A	ЭДС датчика Холла, Δφ, В	Индукция В, Тл	Постоянная Холла, R,

4. Вычислить индукцию магнитного поля для заданных значений силы тока I_C по формуле (4), данные занести в таблицу.

5. Вычислить значения постоянной Холла R для каждого измерения по формуле (5), данные занести в таблицу. Найти среднее значение R.

6. Построить графики зависимости B = f(I_C) и Δφ = F(I_C) по данным таблицы 1.

Задание 2. Исследование зависимости магнитной от координаты Z, отсчитываемой от средней точки соленоида.

1. Установите величину тока в катушке соленоида, равного 1,2 А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида с интервалом ΔZ = 1 см, измерить ЭДС Холла. Полученные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2.

Положение Z датчика , мм	110	100	90	80	…
ЭДС датчика Холла, В
Магнитная индукция В, Тл

3. Вычислить магнитную индукцию В для каждого положения датчика Холла по формуле (5). При расчете использовать значение R, полученное в задании 1. Данные занести в таблицу 2.

4. Построить график зависимости В = f(Z) по данным таблицы 2.

5. Повторить измерения и расчеты по п.п. 2 – 4 для нового значения I_C (по заданию преподавателя).

6. Для одного из полученных значений В рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерения.