5. Измерения

Методика проведения измерений. Установка (рис. 9.5) включает в себя следующие блоки: источник питания соленоида, кассету ФПЭ-04 с соленоидом и датчиком Холла на штоке, цифровой вольтметр В7-40. Для измерения положения датчика внутри соленоида на боковой грани штока нанесена шкала. Датчик Холла установлен на торце штока.

Рис. 9.5. Экспериментальная установка.

Ток соленоида I_с (А) измеряется по прибору на источнике питания, координата z указывающая положение датчика Холла устанавливается по шкале на штоке датчика.

При подготовке установки к работе включить источник питания и цифровой вольтметр в сеть 220 В. Шток с датчиком установить в центр соленоида. Центру соответствует нулевое деление на шкале штока.

При расчете поля соленоида по формулам 9.12 - 9.14 следует воспользоваться следующими значениями: радиус соленоида R = 2.3 см. Длина L = 16.8 см. Полное число витков N = 1700, соответственно n=N/L = 10120 м^-1, ₀=1.257 10^-6 Гн/м.

Задание 1

Определение зависимости магнитной индукции в центре соленоида от силы тока

1. Поместить датчик Холла центр соленоида. Установить с помощью источника питания ток в соленоиде ток 0.5 А и измерить ЭДС Холла.

2. Увеличивая силу тока в соленоиде с шагом 0.5 А до максимального значения, провести 5 измерений ЭДС Холла _х. Данные занести в таблицу 1.

3. По данным таблицы 1 построить график зависимости ЭДС Холла от тока в соленоиде: _х = f(I_c). Исходя из того, что согласно теории (9.12) поле В пропорционально току I в соленоиде сделать вывод о зависимости ЭДС Холла от магнитного поля. Сформулированный вывод записать в тетрадь.

4. По формуле 9.12 с учетом 9.13 и 9.14 для каждого значения тока вычислить теоретическое значение поля В в центре соленоида (z = 0). Результаты занести в таблицу 1.

5. Пользуясь расчетными величинами В и экспериментальными значениями ЭДС Холла вычислить постоянную R_х. Полученные значения записать в таблицу 1 и вычислить среднее значение.

6. Предполагая, что носителями тока являются электроны q = 1.6 10^-19 Кл вычислить их концентрацию n₀ в данном материале (9.16). Сравнить с типичным значением концентрации носителей для полупроводников.

Таблица 1

Ic, А	х, мВ	В, мТ	Rх
0.5
			Среднее:

Задание 2

Исследование зависимости индукции магнитного поля от координаты z

(z – координата на оси соленоида отсчитываемая от центра).

1. Установите произвольную силу тока в соленоиде в диапазоне 0.5 - 1 А.

2. Перемещая щуп с датчиком вдоль оси соленоида измерить зависимость ЭДС в соленоиде с интервалом z = 1 см. Результаты измерения занести в таблицу 2.

3. Повторить измерения при другом значении тока около максимальной величины, например 2 А.

4. Используя среднее значение постоянной Холла R_х полученное в предыдущем задании, и воспользовавшись выражением 9.15 вычислить величину поля в каждой точке z на оси соленоида.

5. Построить теоретические и экспериментальные графики зависимости магнитного поля от координаты z.

Таблица 2

Ток Ic, A	Положение датчика z, см
	ЭДС х
	Индукция мТл

Контрольные вопросы

1. Пользуясь законом Био-Савара-Лапласа, дайте вывод формулы для индукции магнитного поля на оси кругового витка с током и соленоида.

2. Эффект Холла и способ измерения магнитного поля на его основе.

3. Докажите, что индукция магнитного поля на торце полубесконечного соленоида вдвое меньше, чем в бесконечном соленоиде.