實驗十一亥姆霍茲線圈磁場測定

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1、實驗H亥姆霍茲線圈磁場測定一、概述亥姆霍茲線圈磁場測定儀是綜合性大學和工科院校物理實驗教學大綱重要實驗之一。該實驗可以學習和掌握弱磁場測量方法，證明磁場迭加原理，根據(jù)教學要求描繪磁場分布等。傳統(tǒng)的亥姆霍茲線圈磁場測量實驗，一般用探測線圈配以指針交流電壓表測量磁感應強度。由于線圈體積大，指針式交流電壓表等級低等原因，測量的誤差較大。近年來，在科研和工業(yè)中，集成霍耳傳感器由于體積小，測量準確度高，易于移動和定位，所以被廣泛應用于磁場測量。例如：SS95A型集成霍耳傳感器就是一種高靈敏度的優(yōu)質(zhì)磁場傳感器，它的體積小（面積4mm?3mm，厚2mm），其內(nèi)部具有放大器和剩余電壓

2、補償電路，采用此集成霍If傳感器（配直流數(shù)字電壓表）制成的高靈敏度毫特計，可以準確測量0?2.000mT的磁感應強度，其分辨率可達l?10?6T。因此，用它探測載流線圈及亥姆霍茲線圈的磁場，準確度比用探測線圈高得多。用高靈敏度集成霍耳傳感器測量l?10?5T?2?10?3T弱交、直流磁場的方法己在科研與工業(yè)中廣泛應用。本儀器采用先進的95A型集成霍邛傳感器作探測器，用直流電壓表測量傳感器輸出電壓，探測亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場，測量準確度比探測線圈優(yōu)越得多，儀器裝鉻固定件牢靠，實驗A容豐富。本儀器經(jīng)復旦大學物理實驗教學中心使用，取得良好的教學效果二、原理(1)根據(jù)畢奧一薩

3、伐爾定律，載流線圈在軸線(通過圓心并與線圈平面垂直的直線)上某點的磁感應強度為：B??0?22(?x)223/2N?l(1)式屮?0為真空磁導率，為線圈的平均半徑，x為圓心到該點的距離N為線圈匝數(shù)，I為通過線圈的電流強度。因此，圓心處的磁感應強度B0為:B0??0(2)2N?I軸線外的磁場分布計算公式較為復雜，這里簡略。(2＞亥姆霍茲線圈是一對彼此平行且連通的共軸圓形線圈，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同，線圈之間的距離d正好等于圓形線圈的半徑R。這種線圈的特點是能在其公共軸線中點附近產(chǎn)生較廣的均勻磁場區(qū)，所以在生產(chǎn)和科研中冇較大的使用價值，也常用于弱磁場的計量標準。

4、設z為亥姆霍茲線圈中軸線上某點離中心點0處的距離，則亥姆霍茲線圈軸線上任意一點的磁感應強度為：2?3/22???2?R??2?R??l??2?B???0?N?l?R??R???z????R???z???(3)2?2???2?????????????而在亥姆霍茲線圈上中心0處的磁感應強度B0為：8??N?I?B0?3/20(4)R5三.用途(1)測景單個載流圓線圈軸線上各點磁感應強度，把測景的磁感應強度與理論計算值比較；(2)在固定電流下，分別測量單個線圈(線圈a和線圈b)在軸線上產(chǎn)生的磁感應強度B(a)和B(b),與亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場B(a?b)進行比較；(3)測

5、量亥姆霍茲線圈在間距分別為d?R/2,d?R,d?2R(R為線半徑)時，軸線上的磁場分布，并進行比較，進一步證明磁場迭加原理；(3)描繪載流圓線圈及亥姆霍茲線圈的磁場分布；(4)測量地磁場的水平分量。四.儀器組成(1)圓線圈和亥姆霍茲線圈實驗平臺，臺面上有等距離1.0cm間隔的網(wǎng)格線;(2)高靈敏度三位半數(shù)字毫特斯拉計、三位半數(shù)字電流表及直流穩(wěn)流電源組合儀一臺；(3)傳感器探頭是由2只配對的95A型集成霍耳傳感器(傳感器面積4mmX3mmX2mm)與探頭盒。(與臺面接觸面積為20mmX20mm)五、附件：1-1(1)電源線(3)不銹鋼直尺1把(30cm)(4)鋁合金靠

6、尺1根(5)傳感器探頭1套O1、毫特斯拉計2、電流表3、直流電流源4、電流調(diào)節(jié)儀器簡圖如下:旋鈕5、調(diào)零旋鈕6、傳感器插頭7、固定架8、霍耳傳感9、大理石10、線圈注：A、B、C、D為接線柱六.技術(shù)指標（1）高靈敏毫特斯拉計量程0—1.999mT；分辨率O.OOlmT；（2）直流穩(wěn)流電源輸出電流50?400mA（兩線圈并接）;串接）;穩(wěn)定度1%；(3)線匝數(shù)500；50?200mA（兩線圈外徑21.0cm;19.0cm；1-2平均半徑10.0cm;(4)交流電源電壓范圍200?240V;頻率50Hz；(5)儀器整體總重10kg；(6)尺寸線圈工作臺32?25?27cm

7、3；(7)磁感應強度測量誤差?3%六.調(diào)試步驟(1)將兩個線圈和固定架按照圖1所示簡圖安裝。大理石臺面(圖1中9所示有網(wǎng)格線的平面)應該處于線圈組的軸線位鉻。根據(jù)線圈內(nèi)外半徑及沿半徑方向支架厚度，用不銹鋼鋼尺測量臺面至線圈架平均半徑端點對應位鉻的距離11.2cm處(臺面至線圈頂端距離11.7cm處)，并適當調(diào)整固定架，直至滿足臺面通過兩線圈的軸心位鉻；(2)開機后應預熱10分鐘，再進行測量；(3)調(diào)節(jié)和移動四個固定架(圖1中7所示)，改變兩線圈之間的距離，用不銹鋼鋼尺測量兩線圈間距；(4)線圈邊上紅色接線柱表示電流輸入，黑色接線柱表示電流輸出?？梢愿?/p>