用亥姆霍兹线圈测磁场

《用亥姆霍兹线圈测磁场》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、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】图1亥姆霍兹线圈磁场实验仪及接线方法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，

2、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360o；【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（1）式中为圆线圈的匝数，为轴上某一点到圆心O的距离。。轴线上磁场的分布如图2所示。本实验取Ｎ０＝400匝，Ｒ＝105mm。当f=1

3、20Hz，Ｉ＝60mＡ（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=0.144mT2、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）而在亥姆霍兹线圈轴线上中心O处，X=0，磁感应强度为：（3）5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Ｎ０＝400匝，Ｒ＝105mm。当f=120Hz，Ｉ＝60mＡ（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=0.206mT二、电磁感应法测磁场1、电磁

4、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式中为磁感应强度的峰值，其有效值记作，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式中：Ｎ为探测线圈的匝数，Ｓ为该线圈的截面积，θ为法线与之间的夹角，如图4所示，线圈产生的感应电动势为　　　　　图4图5式中是线圈法线和磁场成θ角时，感应电动势的幅值。当θ=0，，这时的感应电动势的幅值最大。如果用数字式毫伏表测量此时线圈的电动势，则毫伏表的示值（有效值）为，则5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（4）其中为磁感应强度的有效值，为磁感应强度的峰值。2、探测

5、线圈的设计实验中由于磁场的不均匀性，这就要求探测线圈要尽可能的小。实际的探测线圈又不可能做得很小，否则会影响测量灵敏度。一般设计的线圈长度L和外径D有L=2D/3的关系，线圈的内径d与外径D有d≤D/3的关系，尺寸示意图见图5。线圈在磁场中的等效面积，经过理论计算，可用下式表示：　(5)这样的线圈测得的平均磁感应强度可以近似看成是线圈中心点的磁感应强度。将(5)式代人（4）式得：（6）本实验的D=0.012m，N=1000匝。将不同的频率f代入（6）式就可得出B值。例如：当I=60mA，f=120Hz时，交流毫伏表读数为5.95mV,则可根据（6）式求得单个线圈的磁感应强度B

6、=0.145mT。【实验内容】准备工作：仪器使用前，请先开机预热10分钟。这段时间内请使用者熟悉亥姆霍兹线圈架和磁场测量仪上各个接线端子的正确连线方法和仪器的正确操作方法，见下表：实验接线方法测量仪面板线圈架面板感应电压（红）输出电压（红）感应电压（黑）输出电压（黑）激励电流（红）励磁电流（右）（红）——图1中虚线，测右侧单个线圈励磁电流（左）（红）——图1中实线，测亥姆霍兹线圈激励电流（黑）励磁电流（右）（黑）移动装置的使用方法亥姆霍兹线圈架上有一长一短二个移动装置，如图1所示。慢慢转动手轮，移动装置上装的测磁传感器盒随之移动，就可将装有探测线圈的传感器盒移动到指定的位置上

7、。用手转动传感器盒的有机玻璃罩就可转动探测线圈，改变测量角度。注意：移动装置移动时要与两端保持距离，到达尽头时不要再用力转动手轮，以免损坏部件。1、测量圆电流线圈（右侧单个）轴线上磁场的分布按表1和图1接线，其中激励电流红线按虚线连接。调节频率调节电位器，使频率表读数为120Hz。调节磁场实验仪的电流调节电位器，使励磁电流有效值为Ｉ＝60mＡ,以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm测一个Ｕmax值。由于圆电流中心不是坐标原点，所以建议测量范围坐标从-50mm到+120mm，然后用轴向距离来转换。测