- •Лабораторна робота № 8 Вивчення гальванометра магнітоелектричної системи
- •Загальні теоретичні відомості
- •Хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 9 Перевірка закону Ампера
- •Опис установки
- •Загальні теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 10 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Загальні теоретичні відомості
- •Опис експериментальної установки та хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 11 Вивчення магнітного поля соленоїда за допомогою датчика Холла
- •Загальні теоретичні відомості
- •Хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Хід роботи
- •Контрольні запитання
Опис експериментальної установки та хід виконання роботи
1. Експериментальна установка складається з модуля ФПЕ–03, блока живлення (БЖ), міліамперметра. Принципова схема представлена на рис.4.
2
Рис.4
3. Встановити анодну напругу по вольтметру блока живлення.
4. Змінюючи силу струму в соленоїді при постійній анодній напрузі, зняти залежність анодного струму від струму соленоїда . Дані занести
в таблицю.
5. Побудувати графік залежності і визначити на ньому критичний струм . Значення вибирається на кривій в точці, де починає спадати.
6. Обчислити відносну і абсолютну похибки вимірювання питомого заряду. Користуючись паспортними даними приладів відносну похибку можна обчислити за формулою
.
Абсолютна похибка обчислюється за формулою
.
7. Записати кінцевий результат.
Таблиця результатів вимірювань і обчислень
U=, l=, d=, R=, N=, μ0=,
ΔU0=, Δl0=, Δd0=, ΔR0=, ΔN0=, Δ(μ0)0=, Δ(Iск)0=
Іа, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Іск, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольні запитання
1. Яка будова магнетрона? Практичне використання магнетрона.
2. Описати електромагнітне поле в магнетроні.
3. Довести, що сила Лоренца не виконує роботи.
4. Вивести формулу сили Лоренца із закону Ампера.
5. При яких умовах виникає сила Лоренца? Яка величина і напрям сили Лоренца?
6. Чому в залежності відсутній різкий спад?
7. Вивести робочу формулу.
Лабораторна робота № 11 Вивчення магнітного поля соленоїда за допомогою датчика Холла
Мета роботи: ознайомитись з холлівським методом вимірювання індукції магнітного поля; дослідити залежність індукції магнітного поля в центрі соленоїда від струму; дослідити осьову неоднорідність магнітного поля в соленоїді.
Лабораторне обладнання: блок живлення (БЖ); блок соленоїда (БС) ФПЕ-04; датчик Холла (ДХ) на штоці (з шкалою); цифровий вольтметр (ЦВ).
Загальні теоретичні відомості
1. Соленоїд є
системою послідовно з’єднаних однакових
колових струмів (рис.1). І тому для
розрахунку індукції В магнітного поля
в довільній точці на осі соленоїда
потрібно спочатку розглянути магнітне
поле на осі колового струму (одного
витка соленоїда) (рис.2). Виберемо елемент
струму
.
В
Рис.1
, (1)
д
Рис.2
. (2)
Тут враховано, що для усякого елементу знайдеться симетричний елемент, що дає складову протилежного напрямку. Якщо врахувати, що усіх елементів напрямлені вздовж осі Z, а також, що і , то після підстановки (1) у (2) отримаємо для індукції магнітного поля на осі колового струму
. (3)
Зауважимо, що в центрі колового струму () .
2. Для розрахунку індукції магнітного поля соленоїда розглянемо його осьовий переріз (рис.3),припускаючи постійність щільності намотки вздовж осі Z. Якщо на одиницю довжини соленоїда припадає n витків, то на ділянці довжиною dZ буде ndZ витків, які в точці А створять магнітне поле з індукцією
. (4)
Врахувавши, що , , після інтегрування (4) по всій довжині соленоїда отримаємо для індукції магнітного поля на осі соленоїда
. (5)
Якщо соленоїд дуже довгий , то і . Тоді
. (6)
З
Ррис.3
3. Для визначення індукції магнітного поля на осі соленоїда в цій роботі використовуються напівпровідникові датчики, дія яких ґрунтується на ефекті Холла, – датчики Холла (ДХ) (рис.4). Нехай для ДХ використано напівпровідниковий кристал з дірковою провідністю (носії струму – дірки (hole)). Якщо вздовж такого кристалу протікає електричний струм з густиною і він розміщений в поперечному магнітному полі з індукцією , то на носії струму, заряд яких е, і які рухаються з дрейфовою швидкістю , буде діяти сила Лоренца
. (7)
Ця сила, як видно з рис.4, буде відхиляти носії до грані 1, і між гранями 1 та 2 виникне поперечне холлівське поле з напруженістю , значення якої визначене з умови рівноваги становить
. (8)
Р
Рис.4
. (9)
Якщо врахувати, що густина струму пов’язана з і концентрацією носіїв Р співвідношенням , то (9) перепишеться як
, (10)
де І – сила струму через кристал, а – постійна Холла.
Оскільки значення i є фіксованими параметрами ДХ, а сила струму через кристал підтримується постійною (для ДХ цієї роботи ), то доцільно ввести коефіцієнт пропорційності , і тоді (10) запишеться як
. (11)
О
Рис.5
(12)
де – напруга, що вимірюється вольтметром з великим вхідним опором (чи потенціометром), приєднаним безпосередньо до контактів 1, 2 ДХ. Параметри і а також кількість витків , довжина і діаметр соленоїда задаються як паспортні дані блоку соленоїда.
4. Блок-схема експериментальної установки показана на рис.6.
Б
Рис.6