Методика измерений

Для экспериментального исследования напряженности магнитного поля на оси соленоида в настоящей работе используется метод, осно­ваний на явлении Холла. Если через проводящую пластинку поперечным сечением пропустить ток силой I и плотностью и поместить ее в поперечное магнитное поле с индукцией , то перпендикулярно векторам и создается электрическое поле напряженностью (рис. 14.4).

А

I

d

Δφ_Х

C

Рис. 14.4

Возникающая при этом разность потенциалов (ЭДС Холла) пропорциональна величине тока и индукции магнитного поля:

, (14.13)

где – сила тока, протекающего по пластинке. (Подробнее вывод формулы (14.13) см. в лабораторной работе 2-15.)

Коэффициент пропорциональности называется постоянной Холла. В работе используется полупроводниковый датчик Холла марки X50I с управляющим током мА, поскольку постоянная Холла для полу­проводников значительно больше, чем для проводников.

Силовые линии магнитного поля на оси соленоида направлены вдоль оси, поэтому датчик Холла располагается на торце спе­циального штока, вставляемого в соленоид. Толщина датчика d в на­правлении магнитного поля равна 0.2 мм. Для измерения положения датчика внутри соленоида на боковой грани штока нанесена миллимет­ровая шкала.

При отсутствии магнитного поля ЭДС Холла должна быть равна нулю. Однако вследствие различных побочных явлений, например, недо­статочно точной установки выходных электродов датчика (точки А и С рис.14.4), измеритель­ный прибор может показать некоторую разность потенциалов даже при отсутствии тока в соленоиде. Для исключения погрешностей измерения проводят дважды при двух противоположных направлениях тока в соле­ноиде. Тогда . Однако в данной работе изменение направления тока в соленоиде не предусмотрено. Поэтому погрешность в определении указана на модуле ФПЭ-04.

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: источник питания ИП, цифровой вольтметр PV, модуль ФПЭ-04, соленоид С, шток с нанесенной шкалой и закрепленным на торце датчи­ком Холла Ш (рис.14.5 и 14.6).

Порядок выполнения работы

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

1. Проверить схему, изображенную на рис. 14.5 и 14.6.

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 1.0; 1.5; 2.0 (А), при этом из измеренного значения необходимо вычесть поправку , Данные занести в таблицу 14.1.

Таблица 14.1

№	Ток соленоида IС, А	ЭДС датчика Холла , мВ		Индукция , .10-3 Тл	Постоянная Холла , .10-3 м3 /Кл	, м3 /Кл
		Без поправки	С поправкой
1	1.0
2	1.5
3	2.0
Средн.	–	–	–	–

4. Вычислить индукцию магнитного поля для заданных значений силы тока I по формулам (14.1а) и (14.12а):

; (14.1а)

, (14.12а)

где l=0.2 м – длина катушки, , N=150 – число витков. Данные занести в табли­цу 14.1.

5. Вычислить значения постоянной Холла для каждого измере­ния по формуле (14.13а), полученной из (14.13), где , d=0.2 мм; данные занести в таблицу. Найти среднее зна­чение , вычислить его погрешность.

. (14.13а)

Задание 2. Исследование зависимости индукции магнитного поля от координаты z, отсчитываемой от средней точки.

1. Установить величину тока в катушке соленоида 1.5 А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида с ин­тервалом 1 см, измерять ЭДС Холла. Полученные данные за­носить в таблицу 14.2.

3. Вычислить индукцию поля В для каждого положения датчика Холла по формуле (4.14б), полученной из (14.14):

. (14.13б)

При расчете использовать среднее значение , полученное в задании 1. Данные занести в табл. 14.2.

Таблица 14.2

Положение датчика , мм	ЭДС датчика Холла , мВ		Индукция , .10-3 Тл	ΔВ, .10-3 Тл
	Без поправки	С поправкой
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

4. Построить график зависимости по данным табл. 14.2.

5. Для одного из полученных значений B рассчитать абсолютную и относительную погрешности измерения.

6. Сделать выводы.