Экспериментальная установка

В состав установки входят один или два датчика Холла. «Продольный» датчик регистрирует компоненту магнитного поля, парал­лельную оси кронштейна датчика (рис.5,а). «Поперечный» датчик ре­гистрирует компоненту магнитного поля, перпендикулярную плоскости кронштейна датчика (рис.5,б). Каждый датчик содержит чувствительный элемент (собственно датчик Холла) 1, кронштейн 2, рукоятку 3, два двужильных кабеля 4 и 5 с нумерованными выводами. Электрические схемы датчиков приведены в разделе 5. Рукоятка крепится в рейтере эталонного датчика.

Для изучения эффекта Холла используются промышленные датчики Холла. На рис.6 приведена электрическая схема датчика, а на рис.7 – вид на датчик со стороны стрелки «В» (см. рис. 5). Проводящая пленка ДХК сформирована на поверхности полупроводникового кристалла. Через контакты 1 и 4 через пленку пропускают ток I. При наличии магнитного поля индукцией В, перпендикулярного плоскости пленки, между контактами 2 и 3 возникает разность потенциалов (эффект Холла), пропорциональная току и индукции магнитного поля.

Схема включения датчиков Холла приведена на рис.8. Для создания тока используется питание, подведенное к модулям (+ 9В и -9В). Для создания магнитного поля используется основной выход генератора, работающего в режиме источника постоянного напряжения или тока, или источник питания +9В. Ток датчика регулируется потенциометром и измеряется амперметром,

а Холловская ЭДС измеря­ется вольтметром . Ток в катушке измеряется с помощью мультиметра по падению напряжения на сопротивлении Ом. Для продольного датчика в качестве используется длинный соленоид, для поперечного – две кольцевые катушки.

Указания по технике безопасности

1. Приборы питаются от сети 220 В. Включение в сеть приборов должно производиться только в присутствии лаборанта или преподавателя.

2. Все корпусные клеммы приборов должны быть надежно заземлены, для чего должен применяться провод без изоляции

3. Напряжение сети 220 В измерять вольтметром нельзя. При измерении переменного напряжения можно измерять только напряжения тех источников, один полюс которых заземлен.

4. Запрещается работать в помещении одному.

Задание 1

Определение индукции магнитного поля в средней точке на оси соленоида на основе закона Био-Савара-Лапласа и с помощью датчика Холла.

1. Установите с помощью источника питания в соленоиде силу тока А; 0,4А; 0,5А; 0,6А. Для каждого значения _c определите теоретическое значение индукции В₀₁ по формулам (6) и (1). Число витков на единицу длины соленоида =16900 вит/м. Данные занесите в табл.1. Для заполнения таблицы определите также ЭДС датчика Холла по показаниям вольтметра. Определите индукцию по формуле (8), считая, что для данного датчика известна постоянная Холла r_Х = 4,8·10^-5м³/Кл, толщина датчика h=1,2 мкм, ток питания датчика А. Значение индукции будем называть экспериментальным.

2. По данным табл. 1 постройте совмещенные на одном чертеже графики, .

Таблица 1

№ измерения

Ток соленоида Ic, А

Индукция В01, Тл

ЭДС датчика Холла Δφ, В

Индукция В02, Тл

Задание 2

Зависимость индукции магнитного поля от координаты z (z – координата на оси соленоида, отсчитываемая от средней точки).

1. Установите силу тока в катушке соленоида _Д=0.1А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида с интервалом =20 мм вдоль, измерьте ЭДС Холла. Данные занесите в табл.2.

Таблица 2

Ток соленоида Ic	Положение датчика z, мм	0	20	40	60	80	100	110
0,5 А	ЭДС Холла, В
	Магнитная индукция, В, Тл
0,75 А	ЭДС Холла, В
	Магнитная индукция, В, Тл

3. По формуле (8) вычислите магнитную индукцию для каждого фиксированного положения датчика, принимая, как и ранее, =4,8·10^-5м³/Кл, =1,2 мкм, А. Данные занести в табл.2.

4. Повторите измерения и расчеты по пп. 2-3 для нового значения I_с = 0,75 А.

5. Постройте на одном чертеже два графика (для А и 0,75 А) зависимости , где – значение индукции в центральной точке на оси соленоида.