Способ определения коэффициента Холла

Напряжение Холла, согласно формуле (8.1), линейно зависит от магнитной индукции В и от тока I, протекающего в датчике. Установка позволяет получить зависимость U (В) и по угловому коэффициенту экспериментальной прямой определить постоянную Холла R.

Величина индукции В магнитного поля в зазоре электромагнита зависит от силы тока I _ЭМ в его обмотке, числа витков N и от величины зазора h:

.

(8.10)

Для корректного измерения напряжения Холла нужно учесть, что при проведении эксперимента в пластинке имеется не только поле Холла Е_у (рис. 8.2)., но и электрическое поле Е_х, обеспечивающее протекание тока I в датчике. Это продольное поле создаёт разность потенциалов между точками, расположенными на разных расстояниях от начала пластины. Если контакты, с которых снимается напряжение Холла, смещены относительно эквипотенциальной поверхности, которая перпендикулярна полю Е_х, то и без магнитного поля между ними будет разность потенциалов

,

(8.11)

где D х – расстояние между контактами по координате х (рис. 8.2).

Измеряемая разность потенциалов j_А – j_В будет равна алгебраической сумме напряжений U + и может быть как меньше (при разных знаках), так и больше напряжения Холла. Для исключения этой систематической ошибки нужно измерять поперечную разность потенциалов U ₁ = U + и U ₂ = U – при двух противоположных направлениях магнитного поля и затем находить среднее значение

.

(8.12)

Практически для реализации этого приёма изменяют направление тока в обмотке электромагнита. Как следует из рис. 8.2, при этом изменяется и полярность напряжения Холла. Для получения правильного результата напряжения U ₁ и U ₂ в формуле (8.12) нужно брать без учёта знака.

Выполнение работы

1. Схема установки состоит из двух самостоятельных схем: первая – питание электромагнита (рис. 8.3а, 8.4а), вторая – питание датчика Холла (8.3б, 8.4б). Соберите схему электромагнита. Для этого на наборном поле в левом верхнем углу установите миниблок «Ключ» на отведённое для него место, его выходы 3 и 4 проводами соедините с выводами электромагнита L ₁ на модуле «Магнитостатика». Вход (контакт 2) соедините с «–» стрелочного амперметра, «+» амперметра – с «+» источника питания 1,2…12 В.

2. Установите миниблок «Датчик Холла» на место «Магнетрона» соблюдая нумерацию контактов. Подайте питание на входы 1–2 от источника 3 В, а к выходу 3–4 подключите мультиметр в режиме 200 мВ.

3. Щуп с датчиком Холла установите в прорезь электромагнита до упора на щупе датчика.

4. Регулятор питания электромагнита установите в крайнее левое напряжение (минимум напряжения).

5. После проверки схемы включите модуль питания, мультиметр.

6.
Регулятором выходного напряжения 12 В установите ток в электромагните 0,12 А, замерьте при этом токе напряжение датчика Холла U ₁. Тумблером миниблока «Ключ» поменяйте направление тока в электромагните и замерьте U ₂. Полученные данные запишите в табл. 8.1.

Таблица 8.1

7. Продолжайте эти измерения, увеличивая ток в электромагните с шагом 0,02 А. Измерения проводите до 0,34 А, результаты заносите в табл. 8.1.

8. В графу «Параметры установки» запишите указанные на корпусе миниблока данные электромагнита: число витков обмотки электромагнита (N), ширину зазора (h) и данные датчика Холла: ток I и толщину d пластинки полупроводника.