Аксенова Лабораторный практикум курса обсчей физики 2011

4. Проведите калибровку датчика Холла. Для этого установи-

те параметры в окне «Калибровка» «Calibration», как показано на рис. 3.25а.10. Нажмите кнопку «Calibrate» («Калибровать») в этом же окне. (Калибровка должна выполняться в отсутствие внешних магнитных полей.)

Установите параметры в окне «Flux density» («Плотность потока») и в окне «Voltage/Current» («Напряжение/Сила тока»), как показано на рис. 3.25а.11 и 3.25а.12 соответственно.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1.Включает в себя все требования ТБ, с которыми студент ознакомлен на вводной беседе.

2.Недопустимо размыкание цепей без предварительного уменьшения напряжения!

3.После проведения всех измерений выключить источник с помощью тумблера на задней стороне прибора.

Прежде чем включить питание схемы, необходимо проверить правильность ее монтажа, правильность начальных положений различных регулировок, а также подготовиться к проведению измерений. При проведении калибровки датчика Холла источник питания должен быть выключен (калибровка проводится в отсутствие внешних магнитных полей). Не превышать рекомендуемых значений тока. Не оставлять установку включенной без присмотра.

ЗАДАНИЯ

Задание 1

Исследование зависимости величины магнитной индукции B вдоль оси катушки радиусом R и длиной L. Определение магнитной постоянной.

1. Для проведения этих измерений рекомендуем использовать катушку с инвентаризационным (инв.) № 11006.04. Длина катушки L = 0,11 м, диаметр витков 2R = 40 мм, число витков N = 200. Записать данные в лабораторный журнал. Включить источник питания тумблером на задней стороне прибора, должна загореться зеленая лампочка.

154

Установить силу тока (предполагается, что все калибровки датчиков выполнены согласно разделу «Описание установки и проведения эксперимента»).

2.Для этого сначала нажмите кнопку «Continue» («Далее»). На экране появятся окна, в которых высвечиваются величины тока в катушке, положение датчика и магнитная индукция, измеряемая датчиком.

3.Используя источник питания в качестве источника постоянного тока, установите силу тока порядка 1 А (максимальный ток,

который можно пропускать через эту катушку Imax =1,2 A ). Для

этого ручку V поверните по часовой стрелке до упора, а ручкой А установите нужную величину тока, наблюдая за величиной тока на экране. Источник питания работает в режиме постоянного тока, если над регулятором тока горит красный светодиод.

Внимание! Не меняйте значение силы тока во время эксперимента, но перед тем как разомкнуть цепь, отсоединив катушку, обязательно уменьшите напряжение!

Проведите измерение величины магнитной индукции вдоль оси катушки.

Обращаем внимание на то, что собственно датчик Холла располагается на конце держателя (см. рис. 3.25а.3). Укрепите держатель датчика Холла на штативе. В начале измерений расположите держатель так, чтобы его конец (датчик Холла) находился вне катушки на ее оси примерно в двух сантиметрах от ближайшего торца соленоида. Для записи полученных экспериментальных данных следует нажать клавишу возврата или пробела, или щелкнуть на кнопке «Start measurement» («Начать измерение»). Последовательно передвигая вручную штатив датчика в сторону катушки, измерьте величины индукции вдоль оси катушки (нажатие клавиши «Сохранить значение»; 10–12 точек, последние две точки должны располагаться вне катушки правее ее удаленного торца). При каждом измерении следите за тем, чтобы датчик Холла находился на оси катушки. Рекомендуется изменять расстояние с шагом 1 см. После завершения измерений нажмите клавишу «Закрыть». На экране появится зависимость магнитной индукции B от расстояния s (красная линия). Следует сохранить файл: «Файл», «Сохранить измерение как», «Измерение», «Таблица данных». На экране поя-

158

вится таблица, данные которой следует записать в лабораторный журнал в табл. 3.25а.1 при I = 1 А.

Количество строк в каждой из последующих таблиц выбирается самостоятельно.

4. Проведите аналогичные измерения еще для двух различных токов, например 600 и 200 мА. Результаты занесите в таблицы, построенные аналогично табл. 3.25а.1, при I = 0,6 А и I = 0,2 А.

Задание 2

Исследование зависимости величины магнитной индукции в катушке с током от ее радиуса, длины и числа витков.

1.Установите силу тока, примерно равную 1 А, используя источник питания в качестве источника постоянного тока. Источник питания работает в режиме постоянного тока, если над регулятором тока горит красный светодиод. Не меняйте значение силы тока во время эксперимента, но перед тем как разомкнуть цепь, отсоединив катушки, обязательно уменьшите напряжение!

2.Проведите измерение величины магнитной индукции вдоль оси нескольких катушек с током. Рекомендуется, например, взять:

а) две катушки с одинаковым количеством витков N и одинаковой длиной L , но разным диаметром d ; б) одинаковыми диаметром d и длиной L , но разным количеством витков N . Начните измерение, нажав кнопку «Continue» («Далее»). Запись данных начните, нажав клавишу возврата или пробела, или щелкнув на кнопке «Start measurement» («Начать измерение»). Результаты занесите в таблицы, построенные аналогично табл. 3.25а.1, в случаях:

катушка инв. № 11006.01, L 165 мм, N = 300 , 2R = 40 мм; катушка инв. № 11006.03, L 165 мм, N = 300 , 2R = 25 мм;

159

катушка инв. № 11005.06, L 165 мм, N = 300 , 2R = 25 мм; катушка инв. № 11005.03, L 165 мм, N =150 , 2R = 25 мм. После завершения измерений отсоедините держатель датчика

Холла от штатива во избежание его поломки.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Вычислить погрешности измерений магнитной индукции на оси катушки с током B(0), а также величины магнитной постоянной μ0 .

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Задание 1. Полученные результаты для величины B(z) для различных величин токов занести в таблицы, построенные в задании 1. По величине магнитной индукции в центре катушки для различных токов определить значение магнитной постоянной μ 0 . Найти

среднее значение μ0 и ошибку измерения. Сравнить с табличным

значением.

Задание 2. Полученные в этом задании результаты, занесенные в таблицы, построенные в задании 2, представить в виде графиков значений магнитной индукции вдоль оси катушки при:

одинаковом количестве витков и длине, но разных диаметрах; одинаковой длине и диаметрах, но различном количестве вит-

ков.

Построить одну из теоретических зависимостей и нанести ее на график. Сравнить теоретические значения и данные эксперимента. Сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Сформулируйте закон Био–Савара.

2.Какие величины и геометрические параметры определяют величину магнитной индукции на оси кольцевого тока?

3.Какие величины и геометрические параметры определяют величину магнитной индукции на оси катушки с током?

4.Получите формулу (3.25а.5).

160