集成霍爾傳感器測量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場實驗報告

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1、一、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、目的：1、掌握霍爾效應(yīng)原理測量磁場；2、測量單匝載流原線圈和亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布。三、器材：1、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、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（通過圓心并與線圈平面垂直的直線）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)，ｏ＝４π×１０－７T*m/A，為真空磁導率。因此，

2、圓心處的磁感應(yīng)強度為軸線外的磁場分布計算公式較復(fù)雜。2、亥姆霍茲線圈的磁場亥姆霍茲線圈，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。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周線上任意一點的磁感應(yīng)強度為而在亥姆霍茲線圈上中心O處的磁感應(yīng)強度B0’為當線圈通有某一電流時，兩線圈磁場合成如圖：從圖可以看出，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。一、步驟：1、載流圈和駭姆霍茲線圈軸線上各點磁感

3、應(yīng)強度的測量(1).按課本圖3-9-3接線，直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個輸出端，測量電流時，單線圈a軸線上各點磁感應(yīng)強度，每個1.00cm測一個數(shù)據(jù)。試驗中隨時觀察特斯拉計探頭是否線圈軸線移動。每測量一個數(shù)據(jù)，必須先在直流電源輸出電路斷開調(diào)零后，才測量和記錄數(shù)據(jù)。將測得的數(shù)據(jù)填入表3-9-1中。(2).用理論公式計算員線圈中軸線上個點的磁感應(yīng)強度，將計算所得數(shù)據(jù)填入表3-9-1中并與實驗測量結(jié)果進行比較。(3).在軸線上某點轉(zhuǎn)動毫特斯拉計探頭，觀察一下該店磁感應(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

4、a和線圈b之間的距離d調(diào)整至，這是，組成一個亥姆霍茲線圈。去電流值，在該軸線上的磁感應(yīng)強度值，將測量結(jié)果填入表4-9-2中。證明在軸線上的點，即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)生磁感應(yīng)強度之和。(5).分別把亥姆霍茲線圈艱巨調(diào)整為和，與步驟（4）類似，測量在電流為時軸線上個點的磁感應(yīng)強度之，將測量結(jié)果分別填入表3-9-3和表3-9-4中。(6).做間距，d=R，是，兩個線圈軸線上磁感應(yīng)強度B與位置z之間關(guān)系圖，即圖，驗證磁場疊加原理。2.載流圓線圈通過軸線平面上的磁感應(yīng)線分布的描繪??把一張坐標紙黏貼在包含線圈

5、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,觀測毫特斯拉計讀數(shù)值,讀數(shù)值為最大時傳感器的法線方向,則為該點的磁感應(yīng)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.實驗注意事項(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,在電路為零時調(diào)探測器為零.(3)注意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)

6、測量時,探測器的探測孔朝下并與待測點對應(yīng),并注意探測器本身的尺寸.(5)在測量亥姆霍茲線圈B時,必須串聯(lián)兩線圈里的電流.一、記錄及數(shù)據(jù)處理：1、單線圈軸線上磁感應(yīng)強度單線圈軸線上磁感應(yīng)強度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10123456789測量值理論值百分誤差2、亥姆霍茲線圈軸線上磁感應(yīng)強度亥姆霍茲線圈軸線上磁感應(yīng)強度兩線圈軸向間距d=10cm時的磁感應(yīng)強度位置/cm-9-8-7-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6+7+8+9單線圈磁場Ba單線圈磁場BbBa+Bb亥姆霍茲線圈的磁場B一、預(yù)習思考題：1、為什么在

7、實驗中每測一點的磁感應(yīng)強度之前都必須調(diào)零？答：在實驗中，測量坐標板上的每一點，由于所處的環(huán)境不同，所受到周圍環(huán)境的電磁波大小就有一個差異，因為我們在實驗中主要是研究在該點由這個線圈所激發(fā)的磁場的磁感應(yīng)強度是多少，所以絕對有這個必要在測量每一點之前調(diào)零來排除周圍環(huán)境的電磁波的影響。2、在測量磁感應(yīng)強度時，如何放置探測器探頭以確保測量值是該處的磁感應(yīng)強度的大小？答：左右、上下、角度、仰角均微微移動，讀到最大值；法線方向即磁場方向。二、操作后思考題：1、本實驗采用了什么原理測量磁場？答：線性霍爾基于霍爾效應(yīng)，將感應(yīng)的磁場強度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的輸出電壓

8、，使用者可由電壓得出磁場強度，線性霍爾的靈敏度和感應(yīng)范圍不同型號不同。2、亥姆霍茲線圈的磁場分布有什么特點？答：在一個通電圓圈中，其磁場分布，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，在過圓心而且垂直于線圈平面的