亥姆霍兹线圈磁场实验指导书

1、亥姆霍兹线圈磁场实验指导书作者：日期：亥姆霍兹线圈磁场的测量实验指导书淮阴工学院物理实验中心2014年9月若是有一对同样的载流圆线圈互相平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点周边的较大范围内是平均的。故在生产和科研中有较大的合用价值，也常用于弱磁场的计量标准。这对线圈称为亥姆霍兹线圈。【实验目的】1、观察亥姆霍兹线圈中间磁场的平均性，考据磁场叠加原理；2、认识一种获取平均磁场的实验室方法。【实验仪器】FD-HM-I亥姆霍兹线圈磁场测定仪，SS95A型集成霍耳传感器，导线。FD-HM-I亥姆霍兹线圈磁场测定仪简图以下：102.0cmAm9Bc.2CD

2、霍耳元件传感器18726543图11、毫特斯拉计2、电流表3、直流电流源4、电流调治旋钮5、调零旋钮6、传感器插头7、固定架8、霍耳传感器9、大理石10、线圈注：A、B、C、D为接线柱SS95A型集成霍耳传感器就是一种高矫捷度的优秀磁场传感器，它的体积小（面积4mm3mm，厚2mm），其内部拥有放大器和节余电压补偿电路，采用此集成霍耳传感器（配直流数字电压表）制成的高矫捷度毫特计，可以正确测量02.000mT的磁感觉强度，其分辨率可达1106T。所以，用它探测载流线圈及亥姆霍兹线圈的磁场，正确度比用探测线圈高得多。用高矫捷度集成霍耳传感器测量1105T3T弱交、直流磁场210的方法已在科研与工

3、业中广泛应用。【实验原理】一依照毕奥萨伐尔定律，载流线圈在轴线（经过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点的磁感觉强度为：B0R23/2NI（1）2(R22)x式中0为真空磁导率，R为线圈的平均半径，x为圆心到该点的距离，N为线圈匝数，I为经过线圈的电流强度。所以，圆心处的磁感觉强度B0为：B00NI2R2）轴线外的磁场分布计算公式较为复杂，这里简单。二亥姆霍兹线圈是一对互相平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小同样,线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点周边产生较广的平均磁场区，所以在生产和科研中有较大的使用价值，也常用于弱磁场的计量标准。设

4、z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任意一点的磁感觉强度为：10NIR2R23/2R232BR2zR2z（3）222而在亥姆霍兹线圈上中心O处的磁感觉强度B0为：80NI（4）B0R53/2【实验内容】1按图接线，开机后应预热10分钟；2I100mA时，单线圈a轴线上各点磁感觉强度B(a)，每隔1.00cm测一测量电流个数据。实验中，随时观察毫特斯拉计探头可否沿线圈轴线搬动。每测量一个数据，必定先在直流电源输出电路断开(I0)调零后，才测量和记录数据；3在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观察一下该点磁感觉强度的方向；4将两线圈间距d调整至d10.00cm，这时，组

5、成一个亥姆霍兹线圈；5取电流值I100mA，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁感觉强度值B(a)和B(b)，尔后测亥姆霍兹线圈在通同样电流I100mA，在轴线上的磁感觉强度值B(ab)，证明在轴线上的点B(ab)B(a)B(b)，即证明磁场迭加原理；6把亥姆霍兹线圈间距调整为d2R，测量在电流为I100mA轴线上各点的磁感应强度值；7作间距dR、d2R时，亥姆霍兹线圈轴线上磁感觉强度B与地址z之间关系图，即Bz图。【注意事项】1实验探测器采用配对SS95A型集成霍耳传感器，矫捷度高，所以地磁场对实验影响不可以忽略，搬动探头测量时须注意零点变化，可以经过不断调零以除掉此影响；2接线或测量数

6、据时，要特别注意检查搬动两个线圈时，可否满足亥姆霍兹线圈的条件；3两个线圈采用串接或并接方式与电源相连时，必定注意磁场的方向。若是接错线有可能使亥姆霍兹线圈中间轴线上磁场为零或极小。【数据办理】1电流I100mA，线圈平均半径R10.00cm，线圈匝数N500，并且真空磁导率04107H/m。表1：载流圆线圈a轴线上不同样地址磁感觉强度B(a)的测量结果x/cm-1.000.001.002.003.004.005.00B(a)/mTx/cm6.007.008.009.0010.0011.0012.00B(a)/mT在x0.00cm处，理论值B0(a)0NI实验测量值B0(a)2RB0(a)B0

7、(a)两者百分误差：100%B0(a)作出单线圈的磁场分布图：B-x图2电流I=100mA，两线圈间距d=R=10.00cm。取两线圈轴线中心点为原点。轴线为轴，所得数据见表2，其中a表示一个单线圈，b表示另一个单线圈，(a+b)表示亥姆霍兹线圈。表2：直流电经过亥姆霍兹线圈，证明磁场迭加原理成立z/cm-7.00-6.00-5.00-4.00-3.00-2.00-1.000.00B(a)/mTB(b)/mTB(a)B(b)/mTB(ab)/mTz/cm1.002.003.004.005.006.007.00B(a)/mTB(b)/mTB(a)B(b)/mTB(ab)/mT在z0.00cm处，理论值B080NIB03/2实验测量值5R两者百分误差：B0B0100