Хід роботи

Прилади і обладнання: установка для дослідження ефекту Хола, мікровольтметр, амперметр, джерело струму.

1. Зібрати експериментальну установку або перевірити її з’єднання відповідно до схеми, зображеної на монтажному щитку.

2. Тумблером від’єднати мікровольтметр від датчика Хола.

3. Виставити силу струму в котушках електромагніта I₀ =0,5 A.

4. Виставити силу струму в датчику Хола I=50 мА або I=100 мА.

5. Тумблером приєднати мікровольтметр до датчика Хола. Зняти показання вольтметра U₁ і записати результати в таблицю.

І0, А	U1, В	U2, В	Ux, В	I, А	B, Тл

6. Тумблером від’єднати вольтметр від датчика.

7. Тумблером змінити напрямок струму в обмотці електромагніта (змінити напрямок вектора ).

8. Тумблером приєднати вольтметр до датчика Хола. Зняти показання вольтметра U₂. Записати результат у таблицю. При виставленому значенні I₀ пункти 2–8 повторити 5 разів.

9. Пункти 2–8 повторити для інших значень сили струму в обмотці електромагніта: І₀ = 1 А; І₀ = 1,5 А; І₀ = 2 А; І₀ = 2,5 А.

10. За формулою (5) визначити значення магнітної індукції для всіх значень І₀. Результати записати в таблицю.

11. Провести статистичне опрацювання результатів вимірювання магнітної індукції як для прямих вимірювань. Для кожного струму І₀ значення В записати в інтервальній формі.

12. Побудувати графік залежності B = f(І₀).

Контрольні запитання

1. Що є силовою характеристикою магнітного поля? В яких одиницях вимірюється ?

2. У чому суть ефекту Хола?

3. Від чого залежить значення Е.Р.С. (напруги) Хола? Який вигляд має ця залежність?

4. Які існують методи вимірювання магнітної індукції?

5. Чому для визначення напруги Хола потрібно знімати показання мікровольтметра при протилежних напрямках магнітного поля?

Література: 1, с. 341–346; 2, с. 227–229; 4, с. 3–18.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № ЕМ 6

Визначення індуктивності соленоїда

Мета роботи − ознайомитись із явищем самоіндукції; визначити індуктивність котушки за її повним і активним опором.

Основні теоретичні відомості

Опір, який має провідник, коли по ньому проходить постійний струм, називається омічним, або активним. Виходячи із закону Ома для однорідної ділянки кола цей опір можна визначити за формулою

, (1)

де U – значення напруги на даній ділянці; I – сила струму.

Якщо по провіднику проходить змінний струм, у ньому виникає явище самоіндукції, Е.Р.С. самоіндукції залежить від розмірів, форми провідника, а також від швидкості зміни струму:

, (2)

де L –індуктивність контура (провідника), або коефіцієнт індуктивності;–швидкість зміни струму.

Індуктивність контура – це фізична величина, яка числово дорівнює Е.Р.С. самоіндукції, що виникає у контурі при зміні в ньому сили струму на одиницю за одиницю часу. Вона залежить від розмірів, форми контура і магнітної проникності середовища, що заповнює цей контур. В СІ за одиницю індуктивності береться 1 генрі (Гн). 1 генрі – це індуктивність такого провідника (контура), в якому при зміні струму на 1 А за 1 с виникає Е.Р.С. самоіндукції 1 В.

Індуктивність лінійних провідників дуже незначна. Більшу індуктивність мають котушки (соленоїди) із феромагнітними осердями.

Індуктивність соленоїда можна визначити за формулою

, (3)

де – магнітна проникність середовища, що заповнює порожнину соленоїда; – магнітна стала (в СІ = 4  10^–7 Гн/м); N – кількість витків соленоїда; S – площа поперечного перерізу соленоїда; – довжина соленоїда.

Оскільки для феромагнетиків залежить від значення сили струму, що проходить по витках соленоїда, індуктивність соленоїдів (котушок) із феромагнітним осердям є змінною величиною. При проходженні змінного струму по соленоїду в ньому виникає Е.Р.С. самоіндукції і відповідно струм самоіндукції, напрямок якого визначається за правилом Ленца. Внаслідок явища самоіндукції опір провідника при проходженні змінного струму більший, ніж при проходженні постійного. В цьому випадку вважають, що провідник окрім омічного має ще індуктивний опір:

, (4)

де –циклічна частота змінного струму;= 2;= 50 Гц.

Кількість теплоти, що виділяється при проходженні по провіднику струму, визначається тільки омічним опором, тому його називають ще активним опором. Індуктивний опір називається реактивним.

Якщо прикладена до кінців провідника напруга змінюється за гармонічним законом

, (5)

у ньому виникає змінний електричний струм

, (6)

де U, I і U₀, I₀ – відповідно миттєві та амплітудні (максимальні) значення напруги та сили струму; – циклічна частота; – зсув фаз між силою струму і напруги.

Для змінного струму використовують поняття діючих (ефективних) значень сили струму і напруги.

Діюче, або ефективне, значення змінного струму – це сила такого постійного струму, який при проходженні через активний опір спричиняє виділення такої самої кількості теплоти, як і при проходженні розглядуваного змінного струму за той самий час.

Аналогічно дається визначення діючого (ефективного) значення напруги змінного струму. Їх значення відповідно становлять:

, . (7)

Амперметри і вольтметри в колі змінного струму показують діючі значення відповідно сили струму і напруги.

Аналітичний вираз закону Ома для кола змінного струму

, (8)

де Z – повний опір у колі змінного струму,

. (9)

Зсув фаз між силою струму і напругою в колі змінного струму за відсутності електроємності визначається за формулою

. (10)