亥姆霍兹线圈

1、南昌大学物理实验报告实验名称：亥姆霍兹线圈磁场学院：资源环境与化工学院专业班级过控151学生姓名：吴东亮学号：20实验地点：基础实验大楼座位号：42实验时间：第9周星期一上午10点开始一、实验目的：学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。二、实验原理：载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆线圈磁场依照比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（经过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感觉强度B为B=0N0IR2/2（R2+x2)3/2式中0=410-7H/m为真空磁导率，R为线圈的平均半径，N0为圆线圈的匝数，I为通过线圈的电流，x为轴线上某一点到圆心O

2、的距离。因此它在轴线上磁场分布图如图（1）所示。（2）亥姆霍兹线圈所谓亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈，互相平行且共轴，通以同方向电流I，理论计算证明：当线圈间距a等于线圈半径R时，两线圈合磁场在轴线上（两线圈圆心连线）周边较大范围内是平均的，如图（2）所示（1）（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和磁场B方向大将产生一个附加电势差，这一现象称为霍尔效应。电势差UH称为霍尔电压。如课本图25-5所示n型半导体，若电流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FB的作用而偏移、齐聚在S

3、平面；同时随着电子的向S平面（下平面）偏移和齐聚，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（此电场称之为霍尔电场）。这个电场反过来阻拦电子连续向下偏移。当电子碰到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力这二种达到平衡时，就不能够向下偏移。此时在上下平面（S、P平面）间形成一个牢固的电压（霍尔电压）。（2）霍尔系数、霍尔矫捷度、霍尔电压设资料的长度为l，宽为b，厚为d，载流子浓度为n，载流子速度v，则与经过资料的电流I有以下关系：I=nevbd霍尔电压UH=IB/ned=RHIB/d=KHIB式中霍尔系数RH=1/ne，单位为m3/c；霍尔矫捷度KH=RH/d，单位为mV/mA因

4、此可知，使I为常数时，有UH=KHIB=k0B，经过测量霍尔电压UH，即可计算出未知磁场强度B。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。三、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架部分磁场测量仪器部分亥姆霍兹线圈架：二个励磁线圈：线圈有效半径105mm线圈匝数500匝二线圈中心间距105mm测量磁场传感器：4501A使用霍尔元件测量磁场。搬动装置：横向可搬动距离150mm，纵向可搬动距离50mm，距离分辨力0.5mm四、实验内容和步骤：测量圆电流线圈轴线上磁场的分布1）仪器使用前，先开机预热5min接好电路，调零。2）调治磁场实验仪的输出功率，使

5、励磁电流有效值为I200mA,以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm测一个Bm值，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1）关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串通起来（注意极性不要接反），接到磁场测试仪的输出端钮，调零。（2）调治磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为I200mA。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。五、实验数据与办理：1、亥姆霍兹线圈（注：B/mT为实验值，Bm/mT为理论值，理论值公式：Bu0N0R02u0N0R02）2R22322232x02

6、Rx2、右线圈（注：B/mT为实验值，B/mT为理论值，理论值公式：m轴向-110-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100距离）x/mmB/mT0.450.510.570.630.680.720.740.760.780.780.780.79422610930690Bm/m0.490.550.610.680.730.780.820.850.860.870.880.88T147087528702B-B-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0m/mT374245445767768988919192轴向1020304050

7、60708090100110距离x/mmB/mT0.780.780.780.760.740.710.670.620.570.510.4587185526005Bm/m0.880.870.860.850.820.780.730.680.610.550.49T07825780741B-Bm-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0/mT9290878480726654474436轴100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-10-11向00距离x/mmB/0.30.40.40.40.50.50.50.50.50.50.40.40.3mT65085388224553494411743076B/0.30.40.40.50.50.50.50.50.50.50.40.40.3mmT92418832679098906732884192B-0.-0.-0.-0.-0.-0