集成霍爾傳感器測量圓線圈磁場物理實驗報告

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1、物理實驗報告年級專業(yè)：姓名：學(xué)號：組別：一、實驗名稱：集成霍爾傳感器測量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場二、實驗?zāi)康模赫莆沼眉苫魻杺鞲衅鳒y量磁場的方法，用實驗驗證磁場疊加原理。三、實驗器材：亥姆霍茲線圈磁場測定儀，包括圓線圈和亥姆霍茲線圈平臺（包括兩個圓線圈、固定夾、不銹鋼直尺等）、高靈敏度毫特計和數(shù)字式直流穩(wěn)壓電源。四、實驗原理：1.圓線圈的磁場根據(jù)畢奧—薩伐爾定律，載流線圈在軸線上某點的磁感應(yīng)強度為：式中I為通過線圈的電流強度，為線圈平均半徑，x為圓心到該點的距離，N為線圈的匝數(shù)，=4T·m/A,

2、為真空磁導(dǎo)率。因此，圓心處的磁感應(yīng)強度為2.亥姆霍茲線圈的磁場亥姆霍茲線圈：兩個半徑和匝數(shù)完全相同的線圈，其軸向距離等于線圈的半徑。這種線圈的特點是當線圈串聯(lián)連接并通以穩(wěn)定的直流電后，就可在線圈中心區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較為均勻性較好的磁場，因而成為磁測量等物理實驗的重要組成部件，與永久磁鐵相比，亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的磁場在一定范圍內(nèi)具有一定的均勻性，且產(chǎn)生的磁場具有一定的可調(diào)性，可以產(chǎn)生極微弱的磁場直至數(shù)百高斯的磁場，同時在不通電的情況下不會產(chǎn)生環(huán)境磁場。亥姆霍茲線圈如圖所示，是一對彼此平行且連通的共軸圓形線

3、圈，兩線圈內(nèi)電流方向一致，大小相同，線圈之間距離d正好等于圓形線圈的半徑R。設(shè)z為亥姆霍茲線圈中軸線上某點離中心點O處的距離，根據(jù)畢奧—薩伐爾定律及磁場疊加原理可以從理論上計算出亥姆霍茲線圈軸上任意一點的磁感應(yīng)強度為RBR而在亥姆霍茲線圈上中心O處的磁感應(yīng)強度為當線圈通有某一電流時，兩線圈磁場合成如圖可看出，兩線圈之間軸線上磁感應(yīng)強度在相當大的范圍內(nèi)是均勻的。3.測量亥姆霍茲線圈磁場的方法——霍爾效應(yīng)法直接測量，設(shè)備簡單，操作容易，適用于弱磁場和非均勻磁場的測量，霍爾探頭經(jīng)定標后可直接顯示磁感應(yīng)強

4、度值。五、實驗步驟：1.載流圓線圈和亥姆霍茲線圈軸線上各點磁感應(yīng)強度的測量（1）先按要求將各導(dǎo)線連接好，直流穩(wěn)壓電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個輸出端，測量電流I=100mA時，單線圈a軸線上各點磁感應(yīng)強度，每隔1.00cm測量一個數(shù)據(jù)。實驗中，隨時觀察毫特斯拉計探頭是否沿線圈軸線移動。每測量一個數(shù)據(jù)，必須先在直流電源輸出電路斷開（I=0）調(diào)零后，才測量和記錄數(shù)據(jù)。將測得數(shù)據(jù)填入表1中。（2）用理論公式計算圓線圈中軸線上各點的磁感應(yīng)強度，將計算結(jié)果填入表1中并與實驗測量結(jié)果進行比較。（3）在軸線

5、上某點轉(zhuǎn)動毫特斯拉計探頭，觀察一下該點磁感應(yīng)強度測量值的變化規(guī)律，并判斷該點磁感應(yīng)強度的方向。（4）將線圈a和線圈b之間的距離d調(diào)整到d=10.00cm，這時，組成一個亥姆霍茲線圈。取電流值I=100mA，分別測量兩線圈單獨通電時，軸線上各點的磁感應(yīng)強度值和，然后將亥姆霍茲線圈在通同樣電流I=100mA，在軸線上的磁感應(yīng)強度值，將測量結(jié)果填入表2中。證明在軸線上的點=+，即載流亥姆霍茲線圈軸線上任一點磁感應(yīng)強度是兩個載流單線圈在該點上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度之和。（5）分別把亥姆霍茲線圈間距調(diào)整為d=R/

6、2和d=2R，與步驟（4）類似，測量在電流為I=100mA時軸線上各點的磁感應(yīng)強度值，將測量結(jié)果分別填入表3和表4中。（6）作間距d=R/2,d=R,d=2R時，兩個線圈軸線上磁感應(yīng)強度B與位置z之間關(guān)系圖，即B-z圖，驗證磁場疊加原理。2.載流圓線圈通過軸線平行面上的磁感應(yīng)線分布的描繪把一張坐標紙黏貼在包含線圈軸線的水平面上，可自行選擇恰當?shù)狞c，把探測器底部傳感器對準此點，然后亥姆霍茲線圈通過I=100mA電流。轉(zhuǎn)動探測器，觀測毫特斯拉計的讀數(shù)值，讀數(shù)值為最大時傳感器的法線方向，即為該點的磁感應(yīng)

7、強度方向。比較軸線上的點與遠離軸線點磁感應(yīng)強度方向變化情況。近似畫出載流亥姆霍茲線圈磁感應(yīng)線分布圖。3.注意事項（1）接好電路后，打開電源預(yù)熱10min后才能進行實驗。（2）每測量一點磁感應(yīng)強度值時應(yīng)斷開線圈電流（路），在電流為零時調(diào)探測器為零，然后接通線圈電流（路）進行測量和讀數(shù)。調(diào)零的作用是抵消地磁場的影響及其他不穩(wěn)定因素的補償。（3）注意平臺上的標度尺不要壓在載流線圈的軸線上，標度尺應(yīng)平行于平臺的中軸線并與平臺中軸線距離為1.00cm。（4）測量時，探測器的探測孔朝下并與待測點對應(yīng)，并注意探

8、測器本身的尺寸。（5）在測量亥姆霍茲線圈磁場B時，必須串聯(lián)兩線圈里的電流。六、數(shù)據(jù)采集：1.單線圈軸線上磁場感應(yīng)強度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9測量值/mT0.1430.1690.1900.2150.2470.2620.2940.3120.3290.3350.3280.3110.2900.2630.2360.2090.1830.1600.143理論值/mT0.1290.1490.1730.1980.2250.2510.2760