亥姆霍兹线圈试验报告

1、亥姆霍兹线圈实验报告作者:日期:亥姆霍兹线圈实验报告【实验原理】1 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场(1)载流圆线圈磁场一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为式中M为圆线圈的匝数,X为轴上某一点到圆心 的 距 离它的 磁场分布图如图1-1所示.O0(1 1)(2)亥姆霍兹线圈 所谓亥姆霍兹线圈为 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 ,理论计算证实： 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,如图1- 2所示.图1-2袤拇霍替绷M憊场分布2.霍尔效应法测磁场(1)霍尔效应法测量原理 将通有电流I的导体置于磁 场中,那

2、么在垂直于电流I和磁场E 方向上将产生一个附加电位差, 一现象是霍尔于1 现,故称霍尔效应. 为霍尔电压.PIE1如图3-1所示这879年首先发 电位差U H称N型半导体,假设在M N两端加上电压U,那么有电流I沿X轴方向流动 有速度为V运动的电子, 此时在Z轴方向加以强度为E的磁场后,运动着的电子受洛伦兹力F b的作用而偏移、聚集在 S平面；同时随着电子的向 S平面下平面偏移和聚集,在 P平面上平面出现等量的正电荷,结果在上下平面之间形成一个电场E h此 电场称之为霍尔电场.这个电场反过来阻止电子继续向下偏移.当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力这二种到达平衡时,就不能向下偏移.此时在上

3、下平面S、P平面间形成一个稳定的电压U H霍尔电压.2霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压设材料的长度为I,宽为b,厚为d,载流子浓度为n,载流子速度v,那么与 通过材料的电流I有如下关系：I = n c vbd霍尔电压Uh=I B /ned=RMB/d =K hI B式中霍尔系数R h=1 /ne,单位为 m3/c;霍尔灵敏度 Kh=R H/d,单位为mV/mA由此可见,使I为常数时,有U h= KhIB =k°B,通过测量霍尔电压 UH,就 可计算出未知磁场强度 B.本实验使用的仪器用集成霍尔元件,已经与显示模块联调,直接显示磁场强度.【实验仪器】亥姆霍兹实验仪由二局部组成. 它们分别

4、为励磁线圈架局部 见图一 和磁场量仪器局部见图二手鞄图()茨姆杞滋线圈架局部HZDH杭列大华DH4501A袁兹塢缆窗藏场实验仪f.«i KB3 _i_ inr-O+杭州大华仪開制适石限必司图二450 1 A型亥姆霍兹线圈磁场实验仪面板 亥姆霍兹线圈架：?二个励磁线圈：线圈有效半径10 5 mm线圈匝数500 匝二线圈中央间距10 5 m m测量磁场传感器：4501A使用霍尔元件测量磁场 移动装置：横向可移动距离 150m m纵向可移动距离 50mm空巨离分辨力0 . 5 mm【实验内容】1 .测量圆电流线圈轴线上磁场的分布接好电路.开机预热 5分钟,调零.调节磁场实验仪的输出功率,使

5、励磁 电流有效值为I =2 0 0mA ,以圆电流线圈中央为坐标原点,每隔1 0 . 0 mm 测一 个Bm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线上磁场的分布关闭电源,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.调节磁场测试仪的输出功率,使励磁电流有效值仍 为l=200mA.以两个圆线圈轴线上的中央点为坐标原点,每隔10.0m m测一个Bm值.记录数据并作出磁场分布曲线图.【数 据处 理】352兰一甘科甘甘b一g 川上L川何屮侖倉弘丿冬已九核jvj隔热上7瞇一灯7缈我? J严回分.曲侃丿够0弭9期险好皿

6、总一0.90.8040.80.7680.7230.70.60.5578290.805/0.609/0.67亥姆霍兹0.850.7730.750.7290.6780.650.6190.550.51009080706050403020100-10-20-30-40-50-60-70-80-90100亥姆霍兹548 609 670723768804 8298438亥0兹55 855 849 842 829805773729 678 619 557&0.548T 0.6 m圆线圈0.580.58$5880.5730.567.5840.5770.5690.560.5540.5570.540.52

7、0.5190.5450.5270.50.5010.5070.480.480.4840.460.4610.440.440.4410.420.410095908580757065605550454035302520151050440461480 501519540554 567圆'线583588 584577569557 545527507484 460 441圆线圈【思考讨论】1 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 根本条件有哪些？它的磁场分布特点又怎样？答：呈正态分布,两个相同的圆线圈彼此平行且共轴 ,通以同方向电流理论上当线圈间距等于线圈半径时,两线圈合磁场在轴线是附近是均匀的,然后逐渐减小.2.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？