文档介绍：实验磁场的描绘与测量
【实验目的】
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,加深对毕奥-萨伐尔定律的理解.
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【实验仪器】
亥姆霍兹线圈,探测线圈,磁场描绘仪信号源,交流毫伏表,数字万用表,坐标纸等.
图1
图2
【实验原理】
载流圆线圈轴线上磁场的分布
根据毕奥一萨伐尔定律,载流圆线圈轴线上任一点P(见图1)的磁感应强度为:
(1)
式中I为圆线圈中的电流强度,R为线圈的半径,X为P点至圆心点的距离,μ0叫真空磁导率(μ0=4π×10-7N·A-2).B~x曲线如图2所示.
显然,在圆心处(X=0)的磁感应强度为,所以,
(2)
测量磁场的方法有多种,本实验采用感应法,当线圈中输入交变电流时,其周围空间必定有变化磁场,可利用探测线圈置于交变磁场中所产生的感应电动势来量度磁场的大小,当线圈内通以正弦交变电流时,则在空间形成一个正弦交变的磁场,磁感应强度为:
轴线上任意一点处(距圆心O的距离为X)的磁场感应强度(峰值)为
(3)
式中为X=0处磁感应强度的峰值,设探测线圈为平面线圈,面积为S,匝数为N,其法线与磁感应强度之间的夹角为θ,则通过该线圈的磁通量为:
根据电磁感应定律,得
式中,为感应电动势的峰值.
在探测线圈两端接入交流毫伏表,测出感应电压(读数为有效值),它与峰值的关系为
(4)
当θ=0时,即探测线圈的法线方向与磁感应强度B的方向一致时,感应电动势为最大值:
所以,与成正比.
因此,我们可利用毫伏表读数的最大值来测定磁场的大小,为了减小系统误差,我们采用比较法进行测量.
轴线上任意一点的值与圆心处的值之比为
(5)
由此可见,与的变化规律完全相同,实验若能证明
,也就证明了,便验证了毕奥一萨伐尔定律的正确性.
磁感应强度是一矢量,因此磁场的测量不仅要测量磁场的大小,?磁场的方向,本来可用毫伏表读数最大值时所对应的探测线圈法线方向来表示,但是磁通量的变化率小,难以测准,,Φ的变化率最大,容易测准,,我们利用毫伏表读数最小时,与探测线圈法线方向相垂直的方向来确定磁场的方向.
【实验内容及要求】
本实验所用仪器是磁场描绘仪如图3,它由两圆线圈(亥姆霍兹线圈)、工作平台、探测线圈、磁场描绘仪信号源等构成,两线圈竖直嵌放在工作平台上,一半露出平台,彼此平行,轴线相互重合,,是一只带刻度圆盘底座的小线圈,盘的底面圆心处有一小铜钉,可用来确定磁场中待测点的位置(见图4)。
(a)在仪器平台右半部贴张坐标纸,坐标纸上的X、Y轴应与台面上相应的轴线对齐,坐标原点取在圆线圈的几何中心上.
(b)把右边一线圈与磁场描绘仪信号源输出端相接,再把电压调节旋钮向左旋到底,信号源接上电源,接通开关,利用数字万用表交流电流档测量其输出电流值.
图3磁场描绘仪图4试探线圈
 (c)探测线圈与毫伏表相接,把有机玻璃尺放