Описание лабораторного стенда и измерительного комплекса

Рисунок2. Внешний вид лабораторного стенда: 1 – межполюсный зазор; 2 - электромагнит;

3- датчик Холла; 4 – миллитесламетр; 5 – выпрямитель

Внешний вид лабораторного стенда изображен на рисунке 2. В него входят:

– электромагнит постоянного тока с наборными полюсами, ярмом, полюсными наконечниками и обмотки, состоящей из двух одинаковых последовательно соединенных катушек (1);– выпрямитель для получения постоянного тока в обмотке электромагнита;

Измерительная часть включает в себя:

– амперметр для измерения постоянного тока в обмотке электромагнита;

– миллитесламетр типа ЭМП ТТУ, предназначенный для измерения постоянных значений индукции магнитного поля;

– датчик Холла, представляющий собой тонкую полупроводниковую пластину малых размеров (рисунок 3), расположенную на конце длинной тонкой диэлектрической полоски и помещенную в точку измерения магнитной индукции.

Эффект Холла заключается в следующем (рисунок 3). По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I₀. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца. Эта сила искривляет траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объемных зарядов в полупроводниковой пластине. Вследствие этого на краях пластины, параллельных протеканию тока возникает ЭДС, E_x, называемая ЭДС Холла. Эта ЭДС пропорциональна векторному произведению магнитной индукции на плотность тока. В качестве материала для датчика Холла применяют полупроводники - кремний, арсенид галлия и др. Для прямоугольной полупроводниковой пластины с током , находящейся в однородном магнитном поле, ЭДС Холла равна

(8)

где – постоянная Холла, зависящая от размеров и свойств полупроводниковой пластины; – компонент вектора магнитной индукции, пронизывающий пластину в исследуемой точке.

Рисунок 3. Иллюстрация эффекта Холла: 1 – полупроводниковая тонкая пластина, расположенная перпендикулярно силовым линиям поля вектора магнитной индукции ; 2 – боковые металлизированные грани: х- источник постоянного напряжения; - токоограничивающее сопротивление

4. Контрольные вопросы

6.1. Укажите, какая составляющая вектора магнитной индукции на оси симметрии электромагнита равна нулю?

6.2. Укажите, какая составляющая вектора магнитной индукции на границе раздела сред воздух – магнитопровод, в области полюсов электромагнита равна нулю? Какая- непрерывна?

6.3. Укажите изменения, которые произойдут в магнитном поле электромагнита постоянного тока, если сдвинуть полюсные наконечники в сторону уменьшения межполюсного зазора?

6.4. Пояснить принцип действия датчика Холла.

Содержание отчета

7.1. Изложить цель работы.

7.2. Привести электрическую схему лабораторного стенда по исследованию магнитного поля электромагнита постоянного тока.

7.3. Записать уравнения, описывающие граничные условия в магнитном поле электромагнита постоянного тока: стальной магнитопровод, − воздушный зазор -−межполюсный зазор.

7.4. Предоставить картину распределения нормальной и тангенциальной компонент вектора магнитной индукции между полюсами электромагнита постоянного тока.

7.5. Представить оценку числа витков электромагнита постоянного тока лабораторного стенда

7.6. Выводы