文档介绍：天津城市建设学院大学物理实验中心大学物理实验 A实验教学指导书 1 用亥姆霍兹线圈测磁场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 5 所示。这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。【实验目的】 1 、了解亥姆霍兹线圈的结构和工作原理; 2 、掌握载流圆线圈轴线上感场的测量方法; 3 、掌握和亥姆霍兹线圈轴线上磁场的测量方法。【实验仪器】亥姆霍兹线圈磁场实验仪。实验仪由二部分组成, 它们分别为励磁线圈架和磁场测量仪(见图 3 ,上部为励磁线圈架, 下部为磁场测量仪), 亥姆霍兹线圈架部分有一传感器盒,盒中装有用于测量磁场的感应线圈。仪器参数: 二个励磁线圈有效半径为 105mm , 单个线圈匝数 400匝, 二线圈中心间距为 105mm ; 传感器盒横向移动范围 250mm ,纵向移动范围 70mm ,距离分辨率 1mm ;传感器盒中探测线圈匝数为 1000 匝,旋转角度 360 o; 【实验原理】一、载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 1、单个载流圆线圈磁场一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁感应强度的计算公式为 2/322 200)(2XR IRNB???(1) 式中 0N 为圆线圈的匝数,X 为轴上某一点到圆心O 的距离。 mH/10 4 70 ?????。轴线上磁场的分布如图 2 所示。本实验取N 0= 400 匝, R= 105mm 。当 f=120Hz , I= 60m A( 有效值)时, 在圆心 O处x=0, 可算得单个线圈的磁感应强度为: B= 2 、亥姆霍兹线圈设X 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点 O 处的距离,则亥姆霍兹线圈轴线上该点的磁感应强度为:}])2 ([])2 ( {[2 1 2/3222/32220 ' ????????X RRX RR NIR B?(2) 而在亥姆霍兹线圈轴线上中心 O 处, X =0 ,磁感应强度为: R NI R NI B O OO?? 7155 .05 8 2/3 '???(3) 图1 亥姆霍兹线圈磁场实验仪及接线方法架圈线仪量测天津城市建设学院大学物理实验中心大学物理实验 A实验教学指导书 2 图2 单个圆环线圈磁场分布图3 亥姆霍兹线圈磁场分布当实验取N 0= 400 匝,R= 105mm 。当 f=120Hz ,I= 60m A(有效值)时,在中心 O处X=0 ,可算得亥姆霍兹线圈(两个线圈的合成)磁感应强度为: B= 二、电磁感应法测磁场 1 、电磁感应法测量原理设由交流信号驱动的线圈产生的交变磁场,它的磁场强度瞬时值 tBB mi sin ??式中 mB 为磁感应强度的峰值,其有效值记作 B ,?为角频率。又设有一个探测线圈放在这个磁场中,通过这个探测线圈的有效磁通量为 t NSB m sin cos ????式中: N为探测线圈的匝数, S为该线圈的截面积,θ为法线 n 与mB 之间的夹角, 如图 4 所示, 线圈产生的感应电动势为 tB NS dt d m cos cos ?????????t m cos ????图4图5 式中??? cos B NS mm?是线圈法线和磁场成θ角时,感应电动势