亥姆霍兹线圈实验报告

1、亥姆霍兹线圈实验报告作者:日期:亥姆霍兹线圈实验报告【实验原理】1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 (1)载流圆线圈磁场一半径为R,通以电流I的圆线圈，轴线上磁场的公式为(1-1) 式中N)为圆线圈的匝数， X为轴上某一点到圆心O的 距 离。 生三物冽它的 磁场分布图如图1-1所示。(2)亥姆霍兹线圈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1- 2所小。2.霍尔效应法测磁场(1)霍尔效应法测量原理将通有电流I的导体置于磁 场中，则在垂直于电流I和磁

2、场B 方向上将产生一个附加电位差， 这 一现象是霍尔于1879年首先发现，故称霍尔效应。电位差U H称 为霍尔电压。如图3-1所示N型半导体,若在MN两端加上电压U,则有电流I沿X轴方向流动 （有速度为V运动的电子）， 此时在Z轴方向加以强度为B的磁场后，运动着的电子受洛伦兹力F b的作用而偏移、聚集在 S平面；同时随着电子的向 S平面（下平面）偏移和聚集，在 P平面（上平面）出现等量的正电荷，结果在上下平面之间形成一个电场E H（此 电场称之为霍尔电场）。这个电场反过来阻止电子继续向下偏移。 当电子受到 的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力这二种达到平衡时，就不能向下偏移。此时在上下平面（S、P平

3、面）问形成一个稳定的电压U h（霍尔电压）。（2）霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压设材料的长度为1,宽为b,厚为d,载流子浓度为n,载流子速度v,则与 通过材料的电流I有如下关系：I = n e vbd霍尔电压Uh=I B /ned=RB/d =K hI B式中霍尔系数R h= 1 /ne,单位为 m3/c;霍尔灵敏度 Kh= R H/d ,单位为 mV/mA由此可见，使I为常数时，有U H= KhIB =k0B,通过测量霍尔电压 Uh,就 可计算出未知磁场强度 Bo本实验使用的仪器用集成霍尔元件，已经与显示模块联调，直接显示磁场强度。【实验仪器】亥姆霍兹实验仪由二部分组成。 它们分别为励磁线圈

4、架部分 （见图一） 和磁场量仪器部分（见图二）手轮图（友姆霍兹线圈架部分DH4501A亥兹*姆线网磁场实验仪HZDH杭州大华杭州大华仪襦制造用限公司电询！端置，电氏雷尔工乜1|；普励电流图二450 1 A型亥姆霍兹线圈磁场实验仪面板亥姆霍兹线圈架：”个励磁线圈：线圈有效半径10 5 mm线圈匝数500 匝二线圈中心间距10 5mm测量磁场传感器：4501A使用霍尔元件测量磁场。移动装置：横向可移动距离150mm纵向可移动距离 50mm离分力0 . 5 mm【实验内容】1 .测量圆电流线圈轴线上磁场的分布接好电路。开机预热 5分钟，调零。调节磁场实验仪的输出功率，使励磁 电流有效值为I =2 0

5、 0mA ,以圆电流线圈中心为坐标原点,每隔10.0 mm 测一 个Bmfi,测量过程中注意保持励磁电流值不变，记录数据并作出磁场分布曲线图。2 .测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布关闭电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来 （注意极性不要接反），接到 磁场测试仪的输出端钮。调节磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍 为I=200mA。以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点，每隔10.0mm测一个Bm值。记录数据并作出磁场分布曲线图。依7&今7ls“可狗的血砥国q h in m可利网蜕相方小才打 4力7。仃。一臬 川和一“闯 单；巾腆7过一蛆他转”/河他曲时上此一0.8040.7680.7230.

6、670.6090.5570.548亥姆霍兹0.850.8050.80.7730.750.7290.70.6780.650.6190.60.550.5100 90 8070 6050 40 3020100 -10 -20 -30 -40 -50 -60548 609 670723768804 829843729 678 619 557T 0.9 m5855 855 849 842 829 805773-70 -80 -90 100,。募.国登西T 0.6 m圆线圈0.580.580.5800.5730.567.584 10.5770.5690.560.5540.5570.540.520.5190

7、.5450.5270.50.5010.5070.480.480.4840.460.4610.440.440.4410.420.41009590 85807570 656055圆线圈 440 461 480 501 519 540 554 56750 45588 584405773556930 25557 545205271550710484 460 441【思考讨论】1.单线圈轴线上磁场的分布规律如何?亥姆霍兹线圈是怎样组成的？具基本条件有哪些？它的磁场分布特点又怎样?答：呈正态分布，两个相同的圆线圈彼此平行且共轴,通以同方向电流理论上当线圈间距等于线圈半径时，两线圈合磁场在轴线是附近是均匀的，然后逐渐减小。2 .分析用霍尔效应测量磁场时，当流过线圈中的电流为零时，显示的磁场值不为零？答