亥姆霍兹线圈.pdf

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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：1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。2.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：1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场（1）载流圆线圈磁场根据比奥 -萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感应强度B为B=0N0IR2/2 （R2+x2)3/2式中0=4 10-7H/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

2、 为通过线圈的电流，x 为轴线上某一点到圆心O 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，彼此平行且共轴，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）附近较大范围内是均匀的，如图（2）所示（1）（2）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 方向上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

3、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、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（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平面）间形成一个稳定的电压（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 l，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=nevbd 霍尔电压UH=IB/ned

4、=RHIB/d=KHIB 式中霍尔系数 RH=1/ne ，单位为 m3/c；霍尔灵敏度 KH=RH/d ，单位为 mV/mA 由此可见，使 I 为常数时，有 UH= KHIB =k0B ，通过测量霍尔电压UH，就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。它们分别为架部分磁场测量仪器部分亥姆霍兹线圈架：二个：线圈有效半径105mm 500匝二线圈中心间距 105mm 测量： 4501A使用测量磁场。移动装置：横向可移动距离150mm，纵向可移动距离50mm，距离分辨力四、实验内容和步骤：1. 测量圆电流

5、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）调节磁场实验仪的，使有效值为I200mA,以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔mm 测一 个 Bm值，测量过程中注意保持值不变，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联起来（注意极性不要接反），接到磁场测试仪的输出端钮，调零。（2）调节磁场测试仪的，使有效值仍为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、实验数据与处理：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：23222000232022000 x2u2uRRNxRRNB）2、右线圈（注：B/mT为实验值，Bm/mT为理论值，理论值公式：轴 向距 离x/mm-110-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100B/mTBm/mTB-Bm/mT轴 向距 离x/mm102030405060708090100110B/mTBm/mT六、误差分析：1.测试时，没有保持电流为200mA2.实验前没有调零3.地磁场和大楼建筑等影响七、附上原始数据：