Лабораторная работа 1 icon

Лабораторная работа 1


Смотрите также:
Изучение макрокоманд программы ms excel с выполнением контр...
Лабораторная работа №1...
Лабораторная работа №1. «Диоды в источниках питания»...
Лабораторная работа №1...
Лабораторная работа 9...
Лабораторная работа №4...
Лабораторная работа № топографические карты...
Лабораторная работа №1...
Контрольная работа Лабораторная работа №1 «Дольменная культура» Лабораторная работа №2 «Генуэзцы...
Лабораторная работа №1...
Лабораторная работа №1. Освоение приемов работы с электронными таблицами. 5...
Методические указания к лабораторным работам Лабораторная работа №1...



Загрузка...
скачать


Лабораторная работа 5.1


ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКА ХОЛЛА


Цель работы: определить постоянную Холла для полупроводниковых материалов и измерить индукцию магнитного поля в разных точках на оси соленоида конечной длины.


ВВЕДЕНИЕ

Силовой характеристикой магнитного поля, определяющей действие этого поля на ток, является вектор магнитной индукции .

Элемент проводника с током I (рис. 1) создает на расстоянии от него магнитное поле с индукцией

, (1)

где .

М
одуль вектора равен

, (2)

где - угол между векторами и .

Формула (1) представляет собой математическую запись закона Био-Савара-Лапласа. Ее используют для расчета индукции магнитного поля в данной точке пространства от любой системы проводников с током. Для этого проводник нужно разбить на элементы , вычислить по формуле (1) элементарную индукцию магнитного поля от каждого элемента с соответствующим током I и затем провести интегрирование по всем имеющимся проводникам с токами:

. (3)

Применяя закон Био-Савара-Лапласа, можно получить следующее уравнение для индукции магнитного поля в произвольной точке А на оси соленоида конечной длины l (рис. 2).

, (4)

г
де - число витков на единицу длины соленоида; и - углы между осью OZ и векторами и .

В случае бесконечного соленоида

, и (5)

В данной лабораторной работе для измерения индукции магнитного поля на оси соленоида используют метод, основанный на явлении Холла.

Рассмотрим проводящую пластину с поперечным сечением и плотностью тока , помещенную в поперечное магнитное поле с индукцией (рис. 3).





Явление Холла – это возникновение в металле (или полупроводнике) с током плотностью , помещенном в магнитное поле , электрического поля в направлении, перпендикулярном и . Соответствующая разность потенциалов между боковыми гранями пластины, равная , называется ЭДС Холла. Возникновение этой разности потенциалов вызвано тем, что на заряды, движением которых обусловлен ток, в магнитном поле действует сила Лоренца.

, (6)

где q – заряд носителей тока, - скорость направленного движения носителей тока. Под действием этой силы носители тока смещаются к боковой грани пластинки. У противоположной грани образуется избыточный заряд противоположного знака, связанный с решеткой.

Накопление зарядов происходит до тех пор, пока сила электростатического взаимодействия не уравновесит силу Лоренца: , или , откуда .

Учитывая, что средняя скорость направленного движения носителей тока связана с плотностью тока соотношением

,

где n – концентрация носителей тока, находим

. (7)

Здесь - постоянная Холла. В работе используется полупроводниковый датчик Холла, что существенно облегчает измерения, так как у полупроводников концентрация n носителей заряда на несколько порядков меньше, чем в металлах и соответственно во столько же раз больше возникающая ЭДС Холла.

Так как линии индукции магнитного поля на оси соленоида направлены вдоль оси, то датчик Холла располагают на торце специального штока, вставленного в соленоид. Геометрический размер датчика, параллельный оси соленоида, м.

Для измерения положения датчика внутри соленоида на боковой грани штока нанесена миллиметровая шкала.

При отсутствии магнитного поля ЭДС Холла равна нулю. Однако вследствие различных побочных явлений (например, недостаточно точной установки выходных электродов датчика на одной эквипотенциальной поверхности) измерительный прибор может показать некоторую разность потенциалов даже при отсутствии тока в соленоиде.

В данной работе поправка к ЭДС Холла составляет В.


^ ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Экспериментальная установка состоит из кассеты ФПЭ-04 с соленоидом и датчиком Холла на штоке, источника питания ИП и измерительного блока (цифровой или стрелочный милливольтметр) (рис. 4).





Принципиальная схема измерений представлена на рис. 5.


Ч
ерез датчик Холла (прямоугольная пластина из германия) пропускается постоянный ток А, создаваемый источником напряжением 2,5 В. ЭДС Холла измеряется с помощью милливольтметра (mV).

Сила тока, протекающего через соленоид L, регулируется с помощью потенциометра П, подключенного к источнику тока напряжением 24 В. Число витков соленоида N = 2400 витков. Диаметр соленоида d = 0,05 м. Длина соленоида l = 0,18 м.


^ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Задание 1.

Определение зависимости магнитной индукции в средней точке на оси соленоида от силы тока и калибровка датчика Холла.

1. Включить источник питания в сеть напряжением ~ 220 В. Шток с датчиком Холла установить в среднее положение на оси соленоида (0 на шкале).

2. Установить с помощью источника питания силу тока в соленоиде А и измерить ЭДС Холла в центре соленоида. Рассчитать значение , вычитая из измеренного значения поправку В.

Данные занести в табл. 1.

3. Увеличивая силу тока в соленоиде через 0,3 А до максимального значения, провести измерения по п. 2.

4. По формуле (4) вычислить индукцию магнитного поля для заданных значений силы тока . Данные занести в табл. 1.

5. По формуле (7) вычислить постоянную Холла для каждого измерения. Данные занести в табл. 1.

По данным табл. 1 построить график зависимости и рассчитать среднее значение , а также и . Результат расчета записать в виде: .


Таблица 1.

Ток соленоида

, А

ЭДС Холла

, В

Индукция

B, Тл

Постоянная Холла

,













Задание 2.

Исследование зависимости индукции магнитного поля от координаты z (z – координата на оси соленоида, отсчитываемая от средней точки).

1. Установить с помощью источника питания силу тока в соленоиде А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида, измерить ЭДС Холла с интервалом см. (Учитывать поправку В). Данные занести в табл. 2.

3. По формуле (7) вычислить магнитную индукцию для каждого фиксированного положения датчика Холла. Данные занести в табл. 2.

4. Построить график зависимости .

5. Выключить установку.


Таблица 2.

Положение датчика z, мм

110

100

90

80



ЭДС Холла, В
















Магнитная индукция , Тл

















Контрольные вопросы

1. Что называется соленоидом?

2. Записать связь между напряженностью и индукцией магнитного поля.

3. Сформулировать закон Био-Савара-Лапласа в векторной и скалярной формах.

4. Используя закон Био-Савара-Лапласа, вывести формулу для определения индукции магнитного поля на оси кругового тока и соленоида.

5. Описать явление Холла.

6. Что называется силой Лоренца?

7. Что называется постоянной Холла?

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





Скачать 62,23 Kb.
оставить комментарий
Дата29.09.2011
Размер62,23 Kb.
ТипЛабораторная работа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх