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亥姆霍兹线圈磁场的测量
实验指导书
工学院物理实验中心
2014年9月
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如果有一对相同的word
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亥姆霍兹线圈磁场的测量
实验指导书
工学院物理实验中心
2014年9月
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如果有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大围是均匀的。故在生产和科研中有较大的实用价值，也常用于弱磁场的计量标准。这对线圈称为亥姆霍兹线圈。
【实验目的】
观察亥姆霍兹线圈中间磁场的均匀性，验证磁场叠加原理；
了解一种得到均匀磁场的实验室方法。
【实验仪器】
FD-HM-I亥姆霍兹线圈磁场测定仪，型集成霍耳传感器，导线。
FD-HM-I亥姆霍兹线圈磁场测定仪简图如下：
图1
1、毫特斯拉计 2、电流表 3、直流电流源 4、电流调节旋钮
5、调零旋钮 6、传感器插头 7、固定架 8、霍耳传感器
9、石 10、线圈注：A、B、C、D为接线柱
型集成霍耳传感器就是一种高灵敏度的优质磁场传感器，它的体积小（面积，厚），其部具有放大器和剩余电压补偿电路，采用此集成霍耳传感器（配直流数字电压表）制成的高灵敏度毫特计，可以准确测量的磁感应强度，其分辨率可达。因此，用它探测载流线圈及亥姆霍兹线圈的磁场，准确度比用探测线圈高得多。用高灵敏度集成霍耳传感器测量弱交、直流磁场的方法已在科研与工业中广泛应用。
【实验原理】
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一．根据毕奥—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：
（1）
式中为真空磁导率，为线圈的平均半径，为圆心到该点的距离，为线圈匝数，为通过线圈的电流强度。因此，圆心处的磁感应强度为：
（2）
轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简略。
二．亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈的电流方向一致，大小相同,线圈之间的距离正好等于圆形线圈的半径。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁场的计量标准。
设为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为：
（3）
而在亥姆霍兹线圈上中心处的磁感应强度为：
（4）
【实验容】
1．按图接线，开机后应预热分钟；
2．测量电流时，单线圈轴线上各点磁感应强度，每隔测一个数据。实验中，随时观察毫特斯拉计探头是否沿线圈轴线移动。每测量一个数据，必须先在直流电源输出电路断开调零后，才测量和记录数据；
3．在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观察一下该点磁感应强度的方向；
4．将两线圈间距调整至，这时，组