Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений icon

Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений


Скачать 17.51 Kb.
НазваниеИсследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений
Размер17.51 Kb.
ТипИсследование
Лабораторная работа №37 (ФПЭ – 04). ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКА ХОЛЛА


Цель работы: исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ




Сначала получим выражение для расчета индукции магнитного поля на оси кругового тока (рис.4.1).

Из закона Био–Савара–Лапласа индукция магнитного поля от элемента кругового тока в точке А равна , или в скалярной форме

, (4.1)

так как угол между векторами и равен .

Осевая составляющая индукции магнитного поля от элемента тока

. (4.2)

Индукция от кругового витка с током направлена вдоль оси витка ОХ и согласно (4.1) запишется

. (4.3)

Учитывая, что

, (4.4)

получаем

, (4.5)

где х1 – расстояние от центра витка до рассматриваемой точки А.

Теперь рассмотрим соленоид, как систему круговых токов, соединенных последовательно. Определим индукцию магнитного поля в произвольной точке О на оси соленоида (рис.4.2).

Пусть на единицу длины соленоида приходится n витков. Тогда на участке dx будет (ndx) витков, которые в точке О создадут магнитное поле с индукцией

. (4.6)



Из геометрических построений, показанных на рис.4.2, следует

. (4.7)

Подставляя (4.7) в (4.6), имеем

. (4.8)

Интегрируя (4.8), получаем выражение для расчета индукции магнитного поля на оси соленоида

, (4.9)

где q1 и q2 – углы между радиусами–векторами, проведенными из точки О к крайним виткам, и осью соленоида.



Приблизительный вид изменения индукции магнитного поля вдоль оси соленоида показан на рис.4.3. Значение х = 0 соответствует средней точке на оси соленоида.

Получим формулу для расчета индукции В0 магнитного поля в средней точке на оси соленоида длиной L и диаметром D. В этом случае

.

Учитывая, что (где N - число витков в соленоиде), из (4.9) для средней точки на оси соленоида имеем

. (4.10)

В случае бесконечно длинного соленоида , тогда из (4.9) получаем

. (4.11)



В работе для изучения индукции магнитного поля на оси соленоида используется метод, основанный на явлении (эффекте) Холла. Это возникновение в твердом проводнике (или полупроводнике) с током плотностью , помещенном в магнитное поле с индукцией , электрического поля напряженностью , Как следствие, между электродами, касающимися боковых граней образца, возникнет разность потенциалов Djх (см. рис.4.4).

ЭДС Холла может быть записана в виде

, (4.12)

где Rх – постоянная Холла, а – ширина проводника.

Плотность тока определяется формулой

,

где – управляющий ток через датчик Холла. (4.13)

Подставляя (4.13) в (4.12), получаем

. (4.14)

Обычно значение постоянной Холла для полупроводников значительно больше, чем для проводников.



^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

  1. ФПЭ-04 – модуль

  2. ФПЭ-ИП – источник питания

  3. МТ - мультиметр


В работе используется полупроводниковый датчик Холла (Х501), конструкция которого показана на рис.4.5.

Датчик Холла 1 располагается на торце специального штока (зонда), который перемещается по оси соленоида. Для определения положения штока внутри соленоида на его боковой грани нанесена миллиметровая шкала 2. К штоку подсоединен жгут 3

для подключения электродов.



В отсутствии магнитного поля (В = 0) Djх должна быть равна нулю, но вследствие ряда факторов это не выполняется. Погрешность измерения ЭДС Холла djх указана в паспорте модуля ФПЭ–04.

Схема установки показана на рис.4.6.

Соленоид, находящийся в модуле ФПЭ–04 посредством кабеля 2 подключается к источнику питания ФПЭ-ИП. Ток через соленоид фиксируется амперметром 3. Перемещая шток 1 датчика Холла вдоль оси соленоида, измеряют ЭДС Холла с помощью мультиметра МТ.

^

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


Задание 1. Определение зависимости магнитной индукции в средней точке на оси соленоида и тарировка датчика Холла

1. Собрать схему, изображенную на рис.4.6.

2. Поставить шток с датчиком Холла в среднее положение на оси соленоида (“0” по шкале штока).

3. Включить источник питания ФПЭ-ИП и мультиметр МТ в сеть (220В). Измерить ЭДС Холла в средней точке соленоида для токов 0,5; 1,0; 1,5; 2,0А. Полученные результаты занести в табл.4.1.

Таблица 4.1



п.п.



A

Djх

В



В

В0

Тл

Rx

Ом×м/Тл



Ом×м/Тл

1

0,5
















2

1,0
















3

1,5
















4

2,0

















4. Учесть погрешность измерения ЭДС Холла, вычитая поправку, приведенную в паспорте модуля ФПЭ-04: .

5. Вычислить индукцию В0 магнитного поля в центре соленоида по формуле (4.10).

6. Для каждого измерения определить значение постоянной Холла из формулы (4.14):

.

Значения управляющего тока через датчик и ширины датчика h приведены в паспорте модуля ФПЭ-04.

7. Найти среднее арифметическое значение постоянной Холла .

8. Построить графики зависимостей индукции магнитного поля и ЭДС Холла от тока в соленоиде: и .


Задание 2. Исследование изменения индукции

магнитного поля вдоль оси соленоида

1. Установить величину тока в соленоиде = 1 А.

2. Перемещая шток с датчиком Холла вдоль оси соленоида с интервалом Dх = 10 мм, измерять ЭДС Холла. Результаты измерений занести в табл.4.2.

Таблица 4.2

х

мм

110

100

90

80



Djх

В
















В

Тл

















3. Вычислить значение индукции магнитного поля в соленоиде для каждого положения датчика Холла из формулы (4.14). При расчете использовать значение Rx, полученное в задании 1.

.

  1. Построить график зависимости индукции магнитного поля от координаты вдоль оси соленоида В = f(x). Вид графика показан на рис.4.3.



КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1. Расчет индукции магнитного поля на оси кругового витка с током.

2. Расчет индукции магнитного поля на оси соленоида.

3. В чем заключается эффект Холла?

4. Объяснить полученные в работе экспериментальные зависимости.




Похожие:

Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconИсследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений
Цель работы: исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В СОБСТВЕННОМ ПОЛУПРОВОДНИКЕ
Цель работы: изучение действия магнитного поля на движущиеся заряды при исследовании эффекта Холла; определение постоянной Холла,...
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЛабораторная работа №4 изучение магнитного поля соленоида
Ознакомление с методом измерения магнитной индукции на основе эффекта электромагнитной индукции
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconСила Ампера
Как известно направления магнитного поля связанно с направлением тока который создает это поле, так для соленоида т е катушки с током...
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений icon1. Напряженность поля в т. М (х1), лежащей на координатной оси
Прямолинейный проводник длинной l несет электрический заряд g1, равномерно распределенный по его длине. Координатная ось проходит...
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconИсследование поля двухпроводной линии с учетом влияния земли; Исследование явления электростатического экранирования области контрольного кабеля от поля двухпроводной линии.
Исследование явления электростатического экранирования области контрольного кабеля от поля двухпроводной линии
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЛюбая лабораторная работа по физической химии сводится к определению численных значений конкретных физико-химических величин. Последние находятся путем расчётов по уравнениям с использованием результатов измерений, которые всегда содержат некоторую погрешность (ошибку). Погрешность имеют и табличные
Последние находятся путем расчётов по уравнениям с использованием результатов измерений, которые всегда содержат некоторую погрешность...
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconШкалы Баллы Шкала 1 «Эмоциональная осведомленность»
Ключ к Тесту «Методика Н. Холла на определение уровня Эмоционального Интеллекта»
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЛекции по метрологии. М.: Риц «Татьянин день», 1993 г. Кузнецов Н. Д., Чистяков В. С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам. М.: Энергомиздат, 1985 г
Охватывают следующие вопросы: терминология в области метрологии, требования к метрологическим характеристикам средств измерений,...
Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Исследование разветвленных цепей с применением компенсационного метода измерений

Исследование магнитного поля на оси соленоида с использованием датчика Холла. Методика измерений iconЭлектромагни́тное излуче́ние
Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы