亥姆霍茲線圈實(shí)驗(yàn)報告

1、亥姆霍茲線圈實(shí)驗(yàn)報告作者:日期:亥姆霍茲線圈實(shí)驗(yàn)報告【實(shí)驗(yàn)原理】1.載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場 (1)載流圓線圈磁場一半徑為R,通以電流I的圓線圈，軸線上磁場的公式為(1-1) 式中N)為圓線圈的匝數(shù)， X為軸上某一點(diǎn)到圓心O的 距 離。 生三物冽它的 磁場分布圖如圖1-1所示。(2)亥姆霍茲線圈所謂亥姆霍茲線圈為 兩個相同線圈彼此平行且 共軸，使線圈上通以同方 向電流I ,理論計(jì)算證明： 線圈間距a等于線圈半徑R時，兩線圈合磁場在軸上(兩線圈圓心連線)附近較大范圍內(nèi)是均勻的，如圖1- 2所小。2.霍爾效應(yīng)法測磁場(1)霍爾效應(yīng)法測量原理將通有電流I的導(dǎo)體置于磁 場中，則在垂直于電流I和磁

2、場B 方向上將產(chǎn)生一個附加電位差， 這 一現(xiàn)象是霍爾于1879年首先發(fā)現(xiàn)，故稱霍爾效應(yīng)。電位差U H稱 為霍爾電壓。如圖3-1所示N型半導(dǎo)體,若在MN兩端加上電壓U,則有電流I沿X軸方向流動 （有速度為V運(yùn)動的電子）， 此時在Z軸方向加以強(qiáng)度為B的磁場后，運(yùn)動著的電子受洛倫茲力F b的作用而偏移、聚集在 S平面；同時隨著電子的向 S平面（下平面）偏移和聚集，在 P平面（上平面）出現(xiàn)等量的正電荷，結(jié)果在上下平面之間形成一個電場E H（此 電場稱之為霍爾電場）。這個電場反過來阻止電子繼續(xù)向下偏移。 當(dāng)電子受到 的洛倫茲力和霍爾電場的反作用力這二種達(dá)到平衡時，就不能向下偏移。此時在上下平面（S、P平

3、面）問形成一個穩(wěn)定的電壓U h（霍爾電壓）。（2）霍爾系數(shù)、霍爾靈敏度、霍爾電壓設(shè)材料的長度為1,寬為b,厚為d,載流子濃度為n,載流子速度v,則與 通過材料的電流I有如下關(guān)系：I = n e vbd霍爾電壓Uh=I B /ned=RB/d =K hI B式中霍爾系數(shù)R h= 1 /ne,單位為 m3/c;霍爾靈敏度 Kh= R H/d ,單位為 mV/mA由此可見，使I為常數(shù)時，有U H= KhIB =k0B,通過測量霍爾電壓 Uh,就 可計(jì)算出未知磁場強(qiáng)度 Bo本實(shí)驗(yàn)使用的儀器用集成霍爾元件，已經(jīng)與顯示模塊聯(lián)調(diào)，直接顯示磁場強(qiáng)度?！緦?shí)驗(yàn)儀器】亥姆霍茲實(shí)驗(yàn)儀由二部分組成。 它們分別為勵磁線圈

4、架部分 （見圖一） 和磁場量儀器部分（見圖二）手輪圖（友姆霍茲線圈架部分DH4501A亥茲*姆線網(wǎng)磁場實(shí)驗(yàn)儀HZDH杭州大華杭州大華儀襦制造用限公司電詢！端置，電氏雷爾工乜1|；普勵電流圖二450 1 A型亥姆霍茲線圈磁場實(shí)驗(yàn)儀面板亥姆霍茲線圈架：”個勵磁線圈：線圈有效半徑10 5 mm線圈匝數(shù)500 匝二線圈中心間距10 5mm測量磁場傳感器：4501A使用霍爾元件測量磁場。移動裝置：橫向可移動距離150mm縱向可移動距離 50mm離分力0 . 5 mm【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1 .測量圓電流線圈軸線上磁場的分布接好電路。開機(jī)預(yù)熱 5分鐘，調(diào)零。調(diào)節(jié)磁場實(shí)驗(yàn)儀的輸出功率，使勵磁 電流有效值為I =2 0

5、 0mA ,以圓電流線圈中心為坐標(biāo)原點(diǎn),每隔10.0 mm 測一 個Bmfi,測量過程中注意保持勵磁電流值不變，記錄數(shù)據(jù)并作出磁場分布曲線圖。2 .測量亥姆霍茲線圈軸線上磁場的分布關(guān)閉電源，把磁場實(shí)驗(yàn)儀的兩組線圈串聯(lián)起來 （注意極性不要接反），接到 磁場測試儀的輸出端鈕。調(diào)節(jié)磁場測試儀的輸出功率，使勵磁電流有效值仍 為I=200mA。以兩個圓線圈軸線上的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，每隔10.0mm測一個Bm值。記錄數(shù)據(jù)并作出磁場分布曲線圖。依7&今7ls“可狗的血砥國q h in m可利網(wǎng)蛻相方小才打 4力7。仃。一臬 川和一“闖 單；巾腆7過一蛆他轉(zhuǎn)”/河他曲時上此一0.8040.7680.7230.

6、670.6090.5570.548亥姆霍茲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.國登西T 0.6 m圓線圈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圓線圈 440 461 480 501 519 540 554 56750 45588 584405773556930 25557 545205271550710484 460 441【思考討論】1.單線圈軸線上磁場的分布規(guī)律如何?亥姆霍茲線圈是怎樣組成的？具基本條件有哪些？它的磁場分布特點(diǎn)又怎樣?答：呈正態(tài)分布，兩個相同的圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流理論上當(dāng)線圈間距等于線圈半徑時，兩線圈合磁場在軸線是附近是均勻的，然后逐漸減小。2 .分析用霍爾效應(yīng)測量磁場時，當(dāng)流過線圈中的電流為零時，顯示的磁場值不為零？答