亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定姓名學(xué)號(hào)班級(jí)亥姆霍茲線圈是一對(duì)相同的、共軸的、彼此平行的各有N匝的圓環(huán)電流。當(dāng)它們的間距正好等于其圓環(huán)半徑R時(shí)，稱這對(duì)圓線圈為亥姆霍茲線圈。在亥姆霍茲線圈的兩個(gè)圓電流之間的磁場(chǎng)比較均勻。在生產(chǎn)和科研中經(jīng)常要把樣品放在均勻磁場(chǎng)中作測(cè)試，利用亥姆霍茲線圈是獲得一種均勻磁場(chǎng)的比較方便的方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng)的原理。2.學(xué)會(huì)亥姆霍茲磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀的使用方法。3.測(cè)量圓線圈和亥姆霍茲線圈上的磁場(chǎng)分布，并驗(yàn)證磁場(chǎng)的疊加原理二、實(shí)驗(yàn)原理同學(xué)們注意，根據(jù)自己的理解，適當(dāng)增減，不要太多，有了重點(diǎn)就可以了。1．霍爾器件測(cè)量磁場(chǎng)的原理圖3—8—1?霍

2、爾效應(yīng)原理--如圖3—8—1所示，有－N型半導(dǎo)體材料制成的霍爾傳感器，長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為b，厚為d，其四個(gè)側(cè)面各焊有一個(gè)電極1、2、3、4。將其放在如圖所示的垂直磁場(chǎng)中，沿3、4兩個(gè)側(cè)面通以電流I，電流密度為J，則電子將沿負(fù)J方向以速度運(yùn)動(dòng)，此電子將受到垂直方向磁場(chǎng)B的洛侖茲力作用，造成電子在半導(dǎo)體薄片的1測(cè)積累過(guò)量的負(fù)電荷，2側(cè)積累過(guò)量的正電荷。因此在薄片中產(chǎn)生了由2側(cè)指向1側(cè)的電場(chǎng)，該電場(chǎng)對(duì)電子的作用力，與反向，當(dāng)兩種力相平衡時(shí)，便出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，1、2兩側(cè)面將建立起穩(wěn)定的電壓，此種效應(yīng)為霍爾效應(yīng)，由此而產(chǎn)生的電壓叫霍爾電壓，1、2端輸出的霍爾電壓可由數(shù)顯電壓表測(cè)量并顯示出來(lái)。如果半導(dǎo)體中電

3、流I是穩(wěn)定而均勻的，則電流密度J的大小為??????????????????????????????（3—8—1）--式中b為矩形導(dǎo)體的寬，d為其厚度，則bd為半導(dǎo)體垂直于電流方向的截面積。如果半導(dǎo)體所在范圍內(nèi)，磁場(chǎng)B也是均勻的，則霍耳電場(chǎng)也是均勻的，大小為?????????????????????????????（3—8—2）霍耳電場(chǎng)使電子受到一與洛侖茲力Fm相反的電場(chǎng)力Fe，將阻止電子繼續(xù)遷移，隨著電荷積累的增加，霍耳電場(chǎng)的電場(chǎng)力也增大，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，F(xiàn)m與Fe大小相等，電荷積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成穩(wěn)定的霍耳電壓，這時(shí)根據(jù)Fm=Fe有????????????????????????

4、????（3—8—3）將（3—8—2）式代入（3—8—3）式得????????????????????????????（3—8—4）式中、容易測(cè)量，但電子速度難測(cè)，為此將變成與I有關(guān)的參數(shù)。根據(jù)歐姆定理電流密度，為載流子的濃度，得，故有?????????????????????????????（3—8—5）將（3—8—5）式代入（3—8—4）式得令，則有--????????????????????????（3—8—6）式中，為霍耳系數(shù)，通常定義，稱為靈敏度，這時(shí)式（3—8—6）可寫(xiě)為?????????????????????????（3—8—7）2.根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，載流線圈在軸線（

5、通過(guò)圓心并與線圈平面垂直的直線）上某點(diǎn)（如圖1所示）的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：圖10PBIIAxRRIPx0ROAOB圖2XX(1)式中為真空磁導(dǎo)率，為線圈的平均半徑，為圓心到該點(diǎn)P的距離，為線圈匝數(shù)，為通過(guò)線圈的電流強(qiáng)度。因此，圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：(2)3.亥姆霍茲線圈是一對(duì)彼此平行且連通的共軸圓形線圈（如圖2所示），兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同,線圈之間的距離正好等于圓形線圈的半徑。這種線圈的特點(diǎn)是能在其公共軸線中點(diǎn)附近產(chǎn)生較廣的均勻磁場(chǎng)區(qū)，設(shè)為亥姆霍茲線圈中軸線上某點(diǎn)離中心點(diǎn)處的距離，則亥姆霍茲線圈軸線上任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：(3)--而在亥姆霍茲線圈上中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：（4）

6、三、實(shí)驗(yàn)儀器FB511霍爾法亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定儀一套四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.開(kāi)機(jī)后應(yīng)預(yù)熱分鐘，再進(jìn)行測(cè)量；2.調(diào)整兩線圈位置，使兩線圈共軸且軸線與臺(tái)面中心橫刻線重合，兩線圈距離為R=10.00cm(線圈半徑)，左端在0處，右端在10cm（R）處；即組成一個(gè)亥姆霍茲線圈。3..測(cè)量亥姆霍茲線圈中O1線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布（B1~χ）：按圖接線，只給單線圈O1通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)旋紐，令電流I為100mA。把傳感器探頭從一側(cè)沿OX軸移動(dòng),每移動(dòng)1.00cm測(cè)一磁感應(yīng)強(qiáng)度B1，測(cè)出一系列與坐標(biāo)x對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1。4.測(cè)量O2線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布（B2~χ）：只給單線圈O2通電，旋

7、轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)旋紐，令電流I為100mA。以上述同樣的測(cè)量方法，測(cè)出一系列B2~χ?jǐn)?shù)據(jù)。--5.測(cè)量亥姆霍茲線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布B1+2~χ,并驗(yàn)證磁場(chǎng)迭加原理兩個(gè)線圈串聯(lián)，間隔調(diào)整至10cm,同時(shí)通電流I=100mA，測(cè)量其軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度B1+2，證明B1+2=B1+B2五、數(shù)據(jù)記錄和處理1.將填入exel的數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)結(jié)果粘帖到此；2.將B1，B2，B1+2，（B1+B2）隨X的變化做在同一圖上，并粘帖至此；六、實(shí)驗(yàn)小結(jié)寫(xiě)不