文档介绍：亥姆霍兹线圈磁场
掌握霍尔效应原理测量磁场;
测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
1. 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。
如图(1),有电流沿X轴方向加以强度为B的磁场后,运动着的电子受洛伦兹力FB的作用而偏移,聚集在S平面,同时随着电子向S平面偏移和聚集在平面P平面出现等量的正电荷,结果在上下平面形成一个电场EH当电子受到洛伦兹力和霍尔电场的反作用这两种力达到平衡时就不能向下偏移,此时在S,P平面间形成一个稳定的电压UH
设材料的长度为l,宽为b,厚为d,载流子速度v,则与通过材料的电流I有如下关系:
I=nevbd
霍尔电压 UH=IB/ned=KHIB
由此可见,使I为常数时,有UH= KHIB=KoB,通过测量霍尔电压UH,就可以算出未知磁场强度B。
一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为
根据毕奥-赛伐尔定律: (1)
式中,No为圆线圈的匝数。X为轴上一点到圆心O的距离,
o=4π×10-7H/m,称为真空磁导率,因此它的轴线上磁场分布图如图(2)。
Y
X
B
X
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I,理论计算证明:线圈间距a等于线圈半径时,两线圈合磁场在轴上附近较大范围内是均匀的如图3
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和300mA,以圆电流线圈中心为坐标原点,,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。
(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=200mA和300mA,以圆电流线圈中心为坐标原点,,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。
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:N=500匝,线圈有效半径为105mm,
两线圈中心间距为105mm
亥姆霍兹线圈磁场测量
当两线圈分别同以电流I时,产生的磁感应强度分别是:
(3) (4)
合成磁感应强度B= (5)
在坐标原点,磁感应强度为:
(6)
偏差计算:实验–B理论
实验曲线图:
圆电流线圈轴上磁场分布
200mA
坐标值
实验B值
理论B值
偏差
300mA
坐标值
实验B值
理论B值
偏差
-70
-01
-02
-70
-01
--01
-60
-01
--02
-60