文档介绍：实验 33 磁场描绘二、载流圆线圈及亥姆霍兹线圈磁场的测定了解载流圆线圈的磁场是研究一般载流回路的基础。本实验用感应法测定圆线圈的交流磁场,从而掌握低频交变磁场的测定方法。以及了解如何用探测线圈确定磁场方向。【实验目的】 1 .研究载流圆线圈轴线上磁场的分布,加深对毕奥—萨伐尔定律的理解; 2 .掌握感应法测磁场的原理和方法; 3 .考查亥姆霍兹线圈的磁场的均匀区; 【实验仪器】亥姆霍兹线圈、低频信号发生器( 或磁场描绘仪专用电源) 、万用表(或交流毫伏表)、探测线圈和毫米方格纸等。 ZE-1 型磁场描绘仪参数: 圆线圈, N=640 匝, R=1 0㎝; 亥姆霍兹线圈距离, R=1 0㎝; 探测线圈, N 0 =1200 匝, d= 4 ㎜, D=12. 8 ㎜, L= 6 ㎜。【实验原理】 1 .载流圆线圈轴线上的磁场分布设圆线圈的半径为 R, 匝数为 N, 在通以电流 I时, 则线圈轴线上一点 P 的磁感应强度 2/32 2 02/322 20)1(2 )(2R xR IN xR N IR B??????(3-193) 式中 0?为真空磁导率, x为P 点坐标, B与 x 的定量关系式. 2 .亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布亥姆霍兹线圈是由一对半径 R 、匝数 N 均相同的四线圈组成,二线圈彼此平行而且共轴, 线圈间距离正好等于半径 R 如图 3-118 所示, 坐标原点取在二线圈中心联线的中点 O. 给二线圈通以同方向、同大小的电流 I, 它们对轴上任一点 P 产生的磁场的方向将一致. P 点处的磁感应强度等于在 A 线圈和 B 线圈在 P 点产生的磁感应强度的和,应为: 图 3-118 亥姆霍兹线圈图 3-119 亥姆霍兹线圈轴线上 B x-R x 曲线 2/322 202/322 20])2 ([2])2 ([2x RR N IR x RR N IR B X????????(3-194) 从式(3-194) 可以看出,B是x 的函数. 很容易算出在 x=0 处和 x=R/10 处两点 B 值的相对差异约为 0. 012 %,在理论上可以证明,当二线圈的距离等于半径时,在原点 O 附近的磁场非常均匀,图 3-119 为B x-R x 曲线. 3 .磁场的测量磁感应强度是一个矢量,对它的测量既要测大小,, 在此实验中是用探测线圈去测交变磁场. 法拉第电磁感应定律指出, 处于磁场中的导体回路, 磁感应电动势的大小与穿过它的磁通量的变化率成正比。因此可以通过测回路线圈中的感应电动势来确定磁场量。如图 3-120 所示,给—圆线圈( 在此使用亥姆霍兹线圈的一支) 通以某一频率的正弦交流电,设交流电的峰值为 I m ,则电流为 t sin I m?,如将峰值 I m 改用电流表测得的有效值 I e, 由于 eI2I? m , 因而电流可写成为 t sin I2 e?,则圆线圈轴线上任一点 P 的磁感应强度 B =B m sin ωt, 其中 B m为B 的峰值, 2/32 2 0)1(2R xR NIB em???(3-195) 图 3-120 磁场测量装置如图 3-120 将一小的试探线圈置于圆线圈轴线上,设试探线圈法线与 B 的夹角为θ,则通过试探线圈的磁通量为 tSB N m???