霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场ppt课件

1、霍尔法丈量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场章国荣一、实验目的1.了解霍尔法丈量磁场的根本原理。2.掌握仪器运用方法。3.熟练掌握霍尔法丈量亥姆霍兹线圈磁场的方法实验原理一.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 1.1载流圆线圈磁场 一半径为，通以电流的圆线圈，轴线上磁场的公式为： 1式中N0为圆线圈的匝数，X为轴上某一点到圆心O的间隔。 本实验取500匝，500m，110mm，圆心O处x 0，可算得圆电流线圈磁感应强度B=1.43mT。它的分布图如以下图1所示。2/322200)(2XRIRNBmH /104701.2亥姆霍兹线圈 1所谓亥姆霍兹线圈为两个一样线圈彼此平行且共轴，使线圈上通以同方向电流I

2、。 2实际计算证明：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 。 3本实验亥姆霍兹线圈中心磁感应强度 =1.431.431mT =2.05mT 它的分布图如以下图2所示23005162RINB图1 单个圆环线圈磁场分布 图2 亥姆霍兹线圈磁场分布 二、霍尔效应法测磁场 2.1霍尔效应法丈量原理 将通有电流I的导体置于磁场中，那么在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电位差EH，这一景象是霍尔于1879年首先发现，故称霍尔效应。电位差UH称为霍尔电压。霍尔效应 在霍尔效应中导体的电子在洛仑兹力f L 作用下，向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏

3、转，并使B侧构成电子积累，而相对的A侧构成正电荷积累。与此同时运动的电子还遭到由于两种积累的异种电荷构成的反向电场力 f E的作用。随着电荷积累的添加，f E增大，当两力大小相等方向相反时， f L=f E，那么电子积累便到达动态平衡。 设电子按均一速度 ，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为：f L=e B 。VV同时，电场作用于电子的力为：f E l HHeVeE式中：EH为霍尔电场强度，VH为霍尔电势，l为霍尔元件宽度当到达动态平衡时: f L=f E B=VH/lV 设霍尔元件宽度为，厚度为d ，载流子浓度为 n ，那么霍尔元件的任务电流为ldVneIs 那么得到霍尔电

4、压dIsBRdIsBnelEVHHH1neRH1称为霍尔系数 当霍尔元件的资料和厚度确定时，设：nedldRKHH/可得：IsBKVHH式中： 称为元件的灵敏度 HK当电流I为常数时,有VH= KHIB =k0B，经过丈量霍尔电压VH，就可计算出未知磁场强度B。 运用方法运用方法 1、预备任务 ：仪器运用前，先开机预热1 0分钟 。2、亥姆霍兹线圈架与磁场丈量仪之间的连线用随机带来的两头都是同轴插头的衔接线将丈量仪的偏置电压端与测试架的偏置电压端相连.将丈量仪的霍尔电压端与测试架的霍尔电压端相连。如以下图 DH4501A型亥姆霍兹线圈磁场实验仪接线表示图 假设只是用二个线圈中的某一个产生磁场时

5、，可选择左边或者右边的线圈,从丈量仪的励磁电流两端用两头都是插片的衔接线接至测试架的励磁线圈两端.红接线柱与红接线柱相连,黑接线柱与黑接线柱相连. 亥姆霍兹线圈的中心设有二维挪动安装，其中长的一个挪动安装用于丈量轴向的磁场分布；短的一个挪动安装用于丈量径向磁场分布， 渐渐转动手轮，挪动安装上的霍尔磁传感器盒随之挪动，经过转动二个挪动架的手轮，可将霍尔磁传感器挪动到需求的位置上。 传感器的位置可在相应的指示标尺中确定。3、高斯计的运用方法： 由于有地磁场和大楼建筑等的影响，当亥姆霍兹线圈没有电流流过时，显示值也不为零。因此在进展亥姆霍兹线圈磁场丈量实验时，需求对这个固定偏向值进展修正，即在数据处

6、置中扣除这个初始偏向值，否那么的话，丈量出的值是在线圈产生的磁场上面叠加上了一个偏向值，会引起较大的丈量误差。为此丈量仪内，设计有一个零位偏向值自动修正电路，能将这个偏向值记忆在仪器中，自动补偿地磁场引起的固定偏向值。 详细运用方法如下 ： 将丈量仪与测试架连线如图7所示连好。翻开电源,将丈量仪的励磁电流电位器逆时针旋究竟,电流表显示为零,线圈没有产生磁场。但这时由于存在地磁场，以及内部电路的失调电压，毫特计的显示往往不为0。预热1020分钟后，按下丈量仪面板上的“零位调理按钮,直到数码管上的显示从1111变到3333再放开按钮。这个过程大约需求2秒。此时毫特表头应显示0，假设没有到零，请反复

7、上述过程。实验内容 1、丈量圆电流线圈轴线上磁场的分布 衔接好线路，调理励磁电流为零，将磁感应强度清零。 调理磁场丈量仪的励磁电流调理电位器，使表头显示值为500m,此时毫特计表头应显示一对应的磁感应强度B值。以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0 mm测一磁感应强度B的值，丈量过程中留意坚持励磁电流值不变。2、丈量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布 按图接线，然后在励磁电流为零的情况下将磁感应强度清零。调理磁场丈量仪的励磁电流调理电位器，使表头显示值为500m,此时毫特计表头应显示一对应的磁感应强度B值。以亥姆霍兹线圈中心为坐标原点，每隔10.0 mm测一磁感应强度B的值，丈量过程中留意坚持励磁

8、电流值不变。3、励磁电流大小对磁场强度的影响 此时可以选择单线圈或者亥姆霍兹线圈磁场分布丈量的连线方法之一进展连线，依然在励磁电流为零的情况下将磁感应强度清零。 调理磁场丈量仪的励磁电流调理电位器，使表头显示值为100m,将霍尔传感器的位置调理到以圆电流线圈中心位置或者亥姆霍兹线圈中心位置。 调理励磁电流调理电位器，每添加100mA记下一磁感应强度B的值，直到励磁电流显示为500mA记下一磁感应强度B值为止。测试数据处置 1 .圆电流线圈轴线上磁场分布 将圆电流线圈轴线上磁场分布的丈量数据记录于表1留意：坐标原点设在圆心处。表格中包括测点位置X，磁感应强度B值，在同一坐标纸上画出实验曲线与实际曲线。 轴向距离X（mm）B（mT）表1 圆电流线圈轴线上磁场分布的丈量数据2.亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布 将亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的丈量数据记录于表2留意坐标原点设在两个线圈圆心连线的中点0处，在方格坐标纸上画出实验曲线。 轴向距离X（mm）B（mT）表2 亥姆霍兹线圈