实验报告集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场

-.--.---可修编--可修编-大学物理试验报告试验3-9 集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场一、试验名称：集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场二、试验目的：1、把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。三、试验器材：1〔不锈钢直尺等〕、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源。四、试验原理：1、圆线圈的磁场：依据毕奥-萨伐尔定律，载流线圈在轴线〔通过圆心并与线圈平面垂直的直线〕上某点的磁感应强度为：oB R2 NIo2(R2x2)3/2IRxN为线圈的匝数， 4107TmA，为真空磁导率。因此，圆心处的磁感应强度为oB轴线外的磁场分布计算公式较简洁。2、亥姆霍兹线圈的磁场

ONI2R亥姆霍兹线圈如图3-9-1方向全都，大小一样，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。设z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离，依据毕奥-萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈周线上任意一点的磁感应强度为1 R RB

NIR2{[R2( z)2]32[R2( z)2]32}2 o 2 2而在亥姆霍兹线圈上中心O处的磁感应强度B为B

8 NIo532 R当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图：从图3-9-2可以看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的围是均匀的。五、试验步骤：1、载流圈和骇姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量亥姆霍兹线圈磁场测定仪:图3-9-3 亥姆霍兹线圈磁场测定仪器示意图1.毫特斯拉计 2.电流表 3.直流电流源 4.电流调整旋钮 5.调零旋钮 6.传感器插头7.固定架 8.霍尔传感器 9.石 10.线圈 A、B、C、D为接线柱按课本图3-9-3接线，直流稳流电源中数字电流表已串接在电源的一个输出端，测量电流I100mA时，单线圈a轴线上各点磁感应强度B，每个1.00cm测一个数据。试aI0)调零后，才测量和记录数据。将测得的数据填入表3-9-1中。3-9-1中并与试验测量结果进展比较。，并推断该点磁感应强度的方向。将线圈a和线圈b之间的距离d调整至d10.00cm，这时，组成一个亥姆霍兹I100mABa和Bb，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流I100mA，在该轴线上的磁感应强度值Bab，将测量结果填入表4-9-2中。证明在轴线上的点Bab=Ba+Bb，即亥姆霍兹线圈轴线上任一-.--.---可修编--可修编-点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和。分别把亥姆霍兹线圈间距调整为dR2和d2R，与步骤〔4〕类似，测量在电流为I100mA3-9-3和表3-9-4中。做间距dR2，dR,d2R时，两个线圈轴线上磁感应强度B与位置z之Bz图，验证磁场叠加原理。2、载流圆线圈通过轴线平面上的磁感应线分布的描绘把一坐标纸黏贴在包含线圈轴线的水平面上,可自行选择恰当的点,把探测器底部传感器对准此点,然后亥姆霍兹线圈通过I100mA数值为最大时传感器的法线方向,则为该点的磁感应强度方向.比较轴线上的点与远离轴线点磁感应强度方向变化状况.近似画出载流亥姆霍兹线圈磁感应线分布图。试验留意事项接好电路后,翻开电源预热10min后才能进展试验。每测量一点磁感应强度值时应断开线圈电流,在电路为零时调探测器为零。留意台上的标度尺不要压在载流线圈的轴线上,标度尺应平行于平台的中轴线并与平1.00cm。测量时,探测器的探测孔朝下并与待测点对应,并留意探测器本身的尺寸。(5B时,必需串联两线圈里的电流。1、单线圈轴线上磁感应强度表3-9-1 单线圈轴线上磁感应强度位置/cm 位置/cm -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -10+1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9测量值理论值理论值差2、亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度表3-9-2亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度位置/cm位置/cm-9-8-7-6-5-4-3 -2-10 +1 +2+3 +4 +5 +6+7 +8 +9单线圈磁场Ba单线圈磁场B+bBBa bB两线圈轴向间距d=10cm时的磁感应强度表3-9-3 两线圈轴向间距d=5cm时的磁感应强度位置/cm位置/cm-9-8-7-6-5-4- -23-10 +1 +2+3 +4 +5 +6+7 +8 +9单线圈磁场Ba单线圈磁场B+bBBa bB表3-9-4 两线圈轴向间距d=20cm时的磁感应强度位置/cm位置/cm-9-8-7-6-5-4- -23-10 +1 +2 +3+4 +5 +6+7 +8 +9单线圈磁场Ba单线圈磁场B+bBa Bb亥姆霍兹线圈的B-.--.---可修编--可修编-3、所测磁感应强度B与z之间的关系图即B-z图。B-Z图如下：七、误差分析出以下可能影响测量数据的因素。1、没有做到每测量一点的磁感应强度之前做好调零工作，使得测量一些点数据的时候没有消退外界磁场影响，造成测量数据不准确。2、测量假设干点数据的时候没有依据正确的测量方法，没有做到探头的摆放方式全都，造成每一点的测量都会由于测量方法的不同而产生差异。八、试验结论：由图及数据观看有，轴线上的点Bab=Ba+Bb，即亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和。同时，当Ba和Bb共同作用的同时，曲线在两线圈中中间几乎水平，到两端急剧下降。可知通电螺线管中间为匀强磁场。九、思考题：1、为什么在试验中每测一点的磁感应强度之前都必需调零？答：在试验中，测量坐标板上的每一点，由于所处的环境不同，所受到四周环境的电磁应强度是多少，所以确定有这个必要在测量每一点之前调零来排解四周环境的电