毕奥-萨伐尔定律实验

毕奥毕奥 萨伐尔定律验证实验萨伐尔定律验证实验 实验目的 1 测定直导体和圆形导体环路激发的磁感应强度与导体电流的关系 2 测定直导体激发的磁感应强度与距导体轴线距离的关系 3 测定圆形导体环路激发的磁感应强度与环路半径以及距环路距离 的关系 实验原理 根据毕奥 萨伐尔定律 电流元在 Idl 空间某点 r 处产生磁感 应强度 dB 的大小 与 Idl 的大小成正比 与电流元到该点的距 离 r 的平方成反比 与 Idl 和 r 之间小于 的夹角的正弦成正 比 比例系数为 即 4 0 1 0 2 d sin d 4 I l B r 式中称为真空磁导率 其值为 dB 的方 0 A mT104 7 0 向垂直于 Idl 与 r 构成的平面 用右手螺旋法则确定 毕奥 萨 伐尔定律的矢量表达式为 2 0 2 d d 4 r I r l e B 式中 er是 r 方向上的单位矢量 对于确定几何形状的导体 利 用公式 1 对 dB 积分 就得到该载流导体产生的总磁感应强 度 B 例如 一根无限长导体 在距轴线 r 的位置产生的磁场 大小为 3 0 0 2 I B r 而半径为 R 的圆形导体回路在圆环轴线上距圆心 x 处产生的磁 场大小为 4 22 00 3 23 22 2 2 IRIR B r Rx 本实验中 将分别利用轴向以及切向磁感应强度探测器来测量 上述导体产生的磁场 实验仪器 毕 萨实验仪 探头 黑点朝上 电流源 待测圆环 其半 径分别为 20mm 40mm 60mm 待测直导线 槽式导轨及支 架 实验步骤 一 直导体激发的磁场 1 将直导线插入支座上 2 将恒流源上红 黑两导线对应接到直导体两端 3 将磁感应强度探测器与 毕 萨实验仪连接 方向切换为垂 直方向 并调零 4 将磁感应强度探测器与 直导体中心对准 5 开始时使带电 直导线和探测器在同一平面内 相互接触 且互相垂直 此时可以近似认为 距离 0cmx 6 打开恒流源电源 从 0 开始 逐渐增加电流强度 I 每次增 加 1A 直至 10A 逐次记录测量到的磁感应强度值 7 保持 逐步向右移动磁感应强度探测器 测量磁10AI 感应强度 B 与距离 x 的关系 开始时使带电 直导线和探 测器在同一平面内 相互接触且互相垂直 此时可以近 似认为距离 然后缓慢移动探测器 每次移动0cmx 1cm 直至 10cm 逐次记录测量到的磁感应强度值 二 圆形导体环路激发的磁场 1 将直导体换为的圆环导体 连接到支架上 20cmR 2 恒流源上红 黑两导线对应连接到 支架的底座上 3 将磁感应强度探测器与 毕 萨实验仪连接 方向切换为水平方 向 并调零 4 调节磁感应强度探测器的位置至导体环中心 5 打开恒流源电源 从 0 开始 逐渐增加电流强度 I 每次增 加 1A 直至 10A 逐次记录测量的将磁感应强度值 6 保持 逐步向右及向左移动磁感应强度探测器 10AI 测量磁感应强度 B 与偏离圆心的距离 x 的关系 并记录 相应数值 当探测器恰好位于圆心处 视为偏离 0cmx 缓慢移动探测器 每次移动 1cm 直至 10cm 逐次记录 测量到的磁感应强度值 7 将半径为 20mm 的圆环导体环替换为 40mm 及 60mm 导体 环 重复步骤 1 6 注意事项 1 仪器测量前需预热 5 分钟 2 测量时要使探测器尽量远离电源 避免电源辐射的磁场梯度 对测量的影响 3 调整电源和磁场探测器的位置角度或增加它们的距离可以基 本消除电源辐射的磁场梯度对测量的影响 4 确认导线正确连接 电流值逆时针调到最小后再开关电源 不要用力拽磁场探测器的导线 实验数据记录及实验数据处理 一 磁感应强度大小 B 与电流 I 之间的关系 磁感应强度大小与电流之间的关系 电流 I A 012345678910 直导线 R 20mm R 40mm圆环 R 60mm 二 磁感应强度大小与位置之间的关系 磁感应强度大小于位置之间的关系 距离 x cm 012345678910 直导线 R 20mm R 40mm圆环 R 60mm 三 在坐标系中画出 磁感应强度大小随电流强度的变化 的图 像以及磁感应强度大小随 位置变化的