实验八212《亥姆霍兹线圈磁场》实验报告

班级：食品学院食品科学与工程 141 班上课班级：生命科学学院生物科学类 165 班 学号：5000414080姓名：黄素君 亥姆霍兹线圈磁场 一、实验目的 1、掌握霍尔效应原理测量磁场； 2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。 二、实验原理 1、载流圆线圈磁场 一半径为 R，通以电流的圆线圈，轴线上磁场的公式为： 2 3 22 2 0 1 X2 R INR B （1） 式中， N 为圆线圈的匝数。 X 为轴上一点到圆心的距离，m/104 7- 0 H, 称为真空磁导率，因此它的轴线上磁场分布图如图。 2、亥姆霍兹线圈 所谓亥姆霍兹线圈为两个相同彼此平行且共轴，使线圈上同方向电流，理 论计算证明：线圈间距 a 等于线圈半径 R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆 心连线）附近较大范围内是均匀的，这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用 十分广泛。 本试验使用霍尔效应法测磁场，并且本试验使用的仪器有集成霍尔元件，已 经与显示模块联调，直接显示磁场强度。 三、 实验仪器 4501A 型亥姆霍兹线圈磁场实验仪 四、实验步骤 1、测量载流圆线圈轴线上磁场的分布 （1）仪器使用前，请先开机预热 10min 接好电路，调零。 （2）调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为 I=200mA，以圆电 流线圈中心为坐标原点，每隔 10.00mm 测一个 Bmax值，测量过程中注意保持励 磁电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图。 2、测量亥姆霍兹线圈轴上磁场分布 （1）关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来（注意极性不要接反）， 接到磁场测试仪的输出端钮，调零。 （2）调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为 I=200A，以圆电流 线圈中心为坐标原点，每隔 10.00mm 测一个 Bmax值，测量过程中注意保持励磁 电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图。 五、 实验数据及处理 1、圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据记录 （注意坐标原点设在圆心处， 要求列表记录，表格中包括测点位置，并在表格中表示出各测点位置对应的理论 值），在坐标纸上画出实验曲线。 一半径为 R，通以电流 I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为： 2 3 22 2 0 1 X2 R INR B 式中：500 匝，线圈有效半径为 105mm，I=200mA，两线圈中心间距为 105mm。圆电流线圈轴上磁场分布如下表所示。 坐标值/mm实验 B 值/mT理论 B 值/mT偏差/mT -600.3810.39170.0107 -500.4280.44040.0124 -400.4710.48830.0173 -300.5070.53200.0250 -200.5380.56720.0292 -100.5570.59030.0333 00.5630.59840.0253 100.5530.59030.0373 200.5300.56720.0372 300.4940.53200.0380 400.4560.48830.0323 500.4140.44040.0264 600.3670.39170.0247 可画出交叠图如图所示。 理论 B 值比实验 B 值略大一些。 2、亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的测量数据记录（注意坐标原点设在两 个线圈圆心连线的的中心 O 处），在方格坐标纸上画出实验曲线。 当两线圈分别同以电流 I 时，产生的磁感应强度分别是： 2 3 2 2 2 0 1 2 2 x R R INR B 2 3 2 2 2 0 2 2 2 x R R INR B 合成磁感应强度： 2 3 2 2 2 0 2 3 2 2 2 0 21 2 2 2 2 x R R INR x R R INR BBB 在坐标原点，磁感应强度为： R NI B 0 2 3 0 5 8 式中：500 匝，线圈有效半径为 105mm，I=200mA，两线圈中心间距为 105mm。亥姆霍兹线圈轴上磁场分布如下表所示。 下表中坐标值单位为 mm，实验 B 值与理论 B 值单位均为 mT。 偏差/mT 实验B 值/mT坐标值/mm理论 B 值/mT坐标值/mm实验 B 值/mT偏差/mT 0.00390.427-1150.42311150.4280.0049 0.04940.450-1100.49941100.4540.0454 0.05470.507-1000.56171000.5110.0507 0.05900.568-900.6270900.5690.0580 0.06010.625-800.6851800.6280.0571 0.06520.674-700.7392700.6810.0592 0.05990.724-600.7839600.7290.0549 0.05110.766-500.8171500.7670.0501 0.04370.795-400.8387400.7900.0487 0.04040.810-300.8504300.8070.0434 0.04010.815-200.8551200.8160.0391 0.03730.819-100.8563100.8200.0363 0.03040.82600.856400.8260.0304 可画出交叠图如图所示。 理论 B 值比实验 B 值略大一些。 六、 误差分析 实验作图与理论作图基本一致，但理论值比实验值略大，产生误差的原因： 仪器本身的系统误差； 读数时仪器数字跳跃不稳定的误差； 地磁场，空间磁场以及建筑磁场引起的误差， 亥姆霍兹线圈实验时并未调零，产生误差等等。 七、 思考题 单线圈轴线上磁场的分布规律如何？亥姆霍兹线圈是怎样组成的？其基 本条件有哪些？它的磁场分布特点又是怎样的？ 答：单线圈轴线上磁场分布规律和亥姆霍兹线圈磁场分布见上文图例。亥 姆霍兹线圈由励磁线圈架部分和磁场测量仪部分组成， 基本条件是两个相同线圈 彼此平行且共轴，使线圈上通以同方向电流 I。可得到理论计算证明：线圈间距 a 等于线圈半径 R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内 是均匀的。 分析用霍尔效应测量磁场时，当流过线圈中的电流为零时，显示的磁场 值不为零？ 答：因为空间内无时无刻不存在磁场，还有地磁场和建筑磁场的存在，会 使得磁场值不