Вопросы для самоконтроля

1. Поясните зависимость магнитной индукции от координаты вдоль оси соленоида. Приведите расчётные формулы.

2. Как определить полярность магнитного поля соленоида?

3. Сформулируйте закон Био–Савара–Лапласа.

4. Объясните сущность метода измерения индукции магнитного поля при помощи датчика Холла.

5. Приведите примеры практического применения явления Холла.

Лабораторная работа 4

Изучение зависимости магнитного поля от координаты вдоль оси соленоида с помощью датчика Холла

Цель работы: измерение магнитной индукции внутри соленоида на его оси.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-04, источники питания, цифровой вольтметр (милливольтметр).

Описание установки

Установка состоит из рабочего устройства – кассеты ФПЭ-04. Кассета содержит соленоид, представляющий собой катушку, на которой намотано N = 2500 витков провода диаметром 1,06 мм. Длина намотки L = 167 мм, диаметр намотки D = 78,6 мм. Вдоль оси катушки перемещается шток. В штоке находится датчик Холла. На штоке через 10 мм нанесены деления, с помощью которых ведётся отсчёт перемещения датчика Холла от начала катушки. На передней панели установлены 2 гнезда, к которым подключается милливольтметр для измерения Э.Д.С. Холла ε_х (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Принципиальная схема установки

В нижней части передней панели расположен разъём, через который подаётся питание постоянного тока 90 мА на датчик Холла и на катушку постоянного напряжения ±24 В.

Данные датчика Холла типа Х501.

Размеры, мм 1×1,5×0,2

Входное сопротивление R₁₀, Ом 2,1

Выходное сопротивление R₂₀, Ом 1,9

Рабочий ток, не более, А 0,09

Чувствительность S, В/(А∙Тл) 0,56

Ход работы

1. К разъёму кассеты ФПЭ-04 подключите кабель (если не подключён) источника питания. Подключите к выходным гнёздам кассеты милливольтметр.

2. Установите с помощью источника питания в соленоиде силу тока 0,4 А и измерьте Э.Д.С. Холла в центре соленоида. Увеличивая силу тока соленоида через 0,1А до 1,6 А проведите аналогичные измерения Э.Д.С. Холла.

3. Повторите пункт 2, уменьшая силу тока соленоида от 1,6 А до 0,4 А.

4. Вычислите значение индукции для токов, перечисленных в пункте 2, по формуле (4.4), и результаты занесите в таблицу.

5. Постройте графики зависимостей , , градуировочный график .

6. Используя выражение (4.10), определите концентрацию носителей заряда n и постоянную Холла R_x.

7. Установите ток в соленоиде 0,6 А.

8. Поместите датчик в конец соленоида (L = 100 мм). Вынимая датчик, через каждые 10 мм измерьте ε_х, определяя значения магнитной индукции В в зависимости от координаты вдоль оси соленоида из градуировочного графика . Сравните полученные результаты со значениями, вычисленными по формуле (4.10). Результаты занесите в таблицу.

9. Используя данные пункта 8, постройте график зависимости магнитной индукции В от расстояния относительно центра катушки .

10. Учитывая, что относительная погрешность измерения магнитной индукции равна δβ = 2 %, определите соотношение между длиной и диаметром D соленоида.

11. Определите магнитный поток Ф внутри катушки соленоида.

12. Повторите все измерения по пункту 8 для нескольких значений токов соленоида (1 А, 1,4 А).

Тема 5

Изучение явлений взаимной индукции

1. Взаимная индуктивность катушек

2. Способы взаимного включения катушек

3. Коэффициент связи двух индуктивно связанных катушек