文档介绍：亥姆霍兹线圈实验报告
【实验原理】
(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
(1-1)
式中N0为圆线圈的匝数,X为轴上某一点到圆心O的距离。它的磁场分布图如图1-1所示。
(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,如图1-2所示。
(1)霍尔效应法测量原理
将通有电流I的导体置于磁场中,则在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电位差,这一现象是霍尔于1879年首先发现,故称霍尔效应。电位差UH称为霍尔电压。
如图3-1所示N型半导体,若在MN两端加上电压U,则有电流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达到平衡时,就不能向下偏移。此时在上下平面(S、P平面)间形成一个稳定的电压UH(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l,宽为b,厚为d,载流子浓度为n,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=RHIB/d=KHIB
式中霍尔系数RH=1/ne,单位为m3/c;霍尔灵敏度KH=RH/d,单位为mV/mA
由此可见,使I为常数时,有UH= KHIB =k0B,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部分组成。它们分别为励磁线圈架部分(见图〈一〉)和磁场量仪器部分(见图〈二〉)。
图〈二〉 4501A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 105mm
线圈匝数 500匝
二线圈中心间距 105mm
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150mm,纵向可移动距离50mm
【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