Экспериментальная часть

Экспериментальная установка собрана и подсоединена к компьютеру. С помощью компьютера задаются необходимые параметры для проведения измерений, накапливаются экспериментальные данные и проводится их обработка. Внешний вид установки представлен на рис.2.

Рис.2. Внешний вид установки:

1 – электромагнит; 2 – блок питания; 3 – блок «Кобра 3»; 4 – измерительная ячейка; 5 – монитор.

На рис.3 представлен внешний вид измерительной ячейки с электромагнитом.

На рис.4 представлен внешний вид блока питания, на передней панели которого находятся ручки регулировки напряжения и тока (рис.4, поз.1, поз.2), подаваемые на электромагнит (рис.3, поз.3).


Рис.3. Внешний вид измерительной ячейки с электромагнитом: 1 – ручка регулировки тока на образце; 2 – плата с образцом и зондом для измерения магнитного поля; 3 – электромагнит; 4 – дисплей измерительной ячейки	Рис.4. Внешний вид блока питания: 1 – ручка регулирования тока; 2 - ручка регулирования напряжения

Методика выполнения работы

Упражнение 1

Определите зависимость напряжения Холла от тока через образец в магнитном поле.

Включите компьютер. Зайдите в систему под учетной записью «Student».
Включите установку, нажав тумблер «Сеть» на задней панели блока питания.
Откройте программу «Measure».
В контекстном меню «Прибор» выберите пункт «Кобра 3 “Эффект Холла”». Появится окно параметров измерения эффекта Холла (рис.5).

Рис.5. Окно параметров измерения эффекта Холла.

В разделе «Каналы» выберите (поставьте галочку) «Напряжение Холла U_H».
В поле со списком «Х-данные» выбираем «Ток образца I_p».
В разделе «Дисплей» выберите (поставьте галочку) «Цифровые дисплеи 1-5».
Задайте объем памяти в 100000 точек, для этого в поле со списком «Определить память для» выберите «100.000 Значения»
В разделе «Получить значения» ставим «каждые 1 s»
В разделах «Начало измерения» и «Конец измерения» выбираем «Нажатием кнопки».
Прокалибруйте модуль «Тесла», для этого нажмите на кнопку «Параметры». Появится окно калибровки (рис.6). Во вкладке «Плотность потока» «Диапазон оси Y» выберите (Тл) и «Единица» Т (Тл). Выставьте ручки на блоке питания в крайнее левое положение. Далее во вкладке «Калибрование» нажмите кнопку «Сброс», а затем «Калибровать». Для подтверждения введенных параметров нажмите кнопку «Да».

Рис.6. Окно параметров калибровки.

В окне параметров измерения эффекта Холла нажмите «Далее». Появится пять окон фиксируемых параметров (рис.7): «напряжение Холла U_H», «напряжение на образце U_р», «ток образца I_p», «температура образца T_p», и «плотность потока B».

Примечание: Под плотностью потока в данном описании программного обеспечения подразумевается магнитная индукция B. Данная неточность допущена в связи с неверным переводом.

Рис.7. Окна фиксируемых параметров

На измерительной ячейке (рис.3) вращением ручки регулировки тока на образце (рис.3, поз.1) установите ток через образец -30 мА, ориентируясь на дисплей измерительной ячейки (рис.3, поз.4) или на значение тока в окне «Ток образца I_p».
Установите значение магнитной индукции B (плотность потока) от 0,05 до 0,20 Тл. Для этого на передней панели блока питания поверните ручку регулирования тока (рис.4, поз.1) в крайнее правое положение, и вращением ручки регулирования напряжения (рис.4, поз.2) против часовой стрелки добейтесь заданных значений, ориентируясь на показания в окне «плотность потока B». Запишите в тетради значение магнитной индукции B.
Для того чтобы запустить процесс измерения, нажмите кнопку «Начать измерение».
Медленным вращением ручки I_p на измерительной ячейке изменяйте ток образца в диапазоне от -30 мА до 60 мА.
После этого нажатием кнопки «Закончить измерение» получаем график U_H от I_p.
Произведите аппроксимацию экспериментальных графиков. Для этого с помощью инструмента «Выделить» выделите участок для аппроксимации и нажмите кнопку . На графике появится прямая и уравнение этой прямой (рис.8).

Рис.8. График вольтамперной характеристики с интерполяционной прямой

Распечатайте график. Для этого нажмите кнопку . В появившемся окне “Печать” (рис.9) выберите пункт “Графика”, в опциях поставьте “Подгонка по страницам”. Нажмите кнопку “Установка”. В появившемся окне “Настройка печати” выберите имя принтера, размер бумаги А4, альбомную ориентацию и нажмите кнопку ОК. Проконтролировать распечатываемое изображение можно, поставив галочку “Предварительный” в окне “Печать”. Если при предварительном просмотре графика на нем присутствуют все необходимые параметры, распечатайте его, нажав кнопку “Да” в окне “Печать”.
По угловому коэффициенту графика вольтамперной характеристики с помощью (3) найдите постоянную Холла R, учитывая размеры образца , , .

Рис.9. Окна «Печать», «Настройка печати» и «Предварительный просмотр»

Упражнение 2

Определите зависимость напряжения Холла от магнитного поля при заданном токе через образец.

Для выполнения второго упражнения в контекстном меню «Прибор» выберите пункт «Кобра 3 “Эффект Холла”».
В появившемся окне параметров измерения эффекта Холла (рис.10) в разделе «Каналы» выберите (поставьте галочку) «Напряжение Холла U_H».
В поле со списком «Х-данные» выбираем «Плотность потока В».

Рис.10. Окно параметров измерения эффекта Холла.

Прокалибруйте модуль «Тесла», для этого нажмите на кнопку «Параметры». Появится окно калибровки (рис.6). Во вкладке «Плотность потока» «Диапазон оси Y» выберите (Тл) и «Единица» Т (Тл). Выставьте ручки на блоке питания в крайнее левое положение. Далее во вкладке «Калибрование» нажмите кнопку «Сброс», а затем «Калибровать». Для подтверждения введенных параметров нажмите кнопку «Да».
В окне параметров измерения эффекта Холла нажмите «Далее». Появится пять окон фиксируемых параметров (рис.11): «напряжение Холла U_H», «напряжение на образце U_р», «ток образца I_p», «температура образца T_p», и «плотность потока B».

Рис.11. Окна фиксируемых параметров

На измерительной ячейке (рис.3) вращением ручки регулировки тока на образце (рис.3, поз.1) установите ток через образец 30 мА, ориентируясь на дисплей измерительной ячейки (рис.3, поз.4) или на значение тока в окне «Ток образца I_p».
Затем на передней панели блока питания поверните ручку регулирования тока (рис.4, поз.1) в крайнее правое положение, а ручку регулирования напряжения (рис.4, поз.2) в крайнее левое положение.
Для того чтобы запустить процесс измерения, нажмите кнопку «Начать измерение».
Медленным вращением ручки регулирования напряжения на передней панели блока питания изменяйте магнитную индукцию В, и по достижении значения нажмите кнопку «Закончить измерение». Появится окно с графиком U_H (B).
Произведите аппроксимацию экспериментальных данных. Для этого с помощью инструмента «Выделить» выделите участок для аппроксимации и нажмите кнопку . На графике появится прямая и уравнение этой прямой (рис.12)

Рис.12. График зависимости напряжения Холла от магнитной индукции поля В с интерполяционной прямой

Распечатайте график. Для этого нажмите кнопку (рис.9). В появившемся окне “Печать” выберите пункт “Графика”, в опциях поставьте “Подгонка по страницам”. Нажмите кнопку “Установка”. В появившемся окне “Настройка печати” выберите имя принтера, размер бумаги А4, альбомную ориентацию и нажмите кнопку ОК. Проконтролировать распечатываемое изображение можно поставив галочку “Предварительный” в окне “Печать”. Если при предварительном просмотре графика на нем присутствуют все необходимые параметры, распечатайте его, нажав кнопку “Да” в окне “Печать”.
После распечатки графика по угловому коэффициенту с помощью (3) найдите постоянную Холла R и сопоставьте с результатом первого упражнения.

Литература

1. Савельев И.В.Курс общей физики. - М.: Астрель, АСТ. 2000 – кн.2, § 11.3

2. Сивухин Д. В.Общий курс физики. Электричество. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - §§ 98, 100

⇐ Предыдущая 12