實驗八212《亥姆霍茲線圈磁場》實驗報告

班級：食品學(xué)院食品科學(xué)與工程 141 班上課班級：生命科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)類 165 班 學(xué)號：5000414080姓名：黃素君 亥姆霍茲線圈磁場 一、實驗?zāi)康?1、掌握霍爾效應(yīng)原理測量磁場； 2、測量單匝載流原線圈和亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布。 二、實驗原理 1、載流圓線圈磁場 一半徑為 R，通以電流的圓線圈，軸線上磁場的公式為： 2 3 22 2 0 1 X2 R INR B （1） 式中， N 為圓線圈的匝數(shù)。 X 為軸上一點到圓心的距離，m/104 7- 0 H, 稱為真空磁導(dǎo)率，因此它的軸線上磁場分布圖如圖。 2、亥姆霍茲線圈 所謂亥姆霍茲線圈為兩個相同彼此平行且共軸，使線圈上同方向電流，理 論計算證明：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，這種均勻磁場在工程運用和科學(xué)實驗中應(yīng)用 十分廣泛。 本試驗使用霍爾效應(yīng)法測磁場，并且本試驗使用的儀器有集成霍爾元件，已 經(jīng)與顯示模塊聯(lián)調(diào)，直接顯示磁場強度。 三、 實驗儀器 4501A 型亥姆霍茲線圈磁場實驗儀 四、實驗步驟 1、測量載流圓線圈軸線上磁場的分布 （1）儀器使用前，請先開機預(yù)熱 10min 接好電路，調(diào)零。 （2）調(diào)節(jié)磁場實驗儀的輸出功率，使勵磁電流有效值為 I=200mA，以圓電 流線圈中心為坐標原點，每隔 10.00mm 測一個 Bmax值，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上磁場分布 （1）關(guān)掉電源，把磁場實驗儀的兩組線圈串聯(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)零。 （2）調(diào)節(jié)磁場實驗儀的輸出功率，使勵磁電流有效值為 I=200A，以圓電流 線圈中心為坐標原點，每隔 10.00mm 測一個 Bmax值，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。 五、 實驗數(shù)據(jù)及處理 1、圓電流線圈軸線上磁場分布的測量數(shù)據(jù)記錄 （注意坐標原點設(shè)在圓心處， 要求列表記錄，表格中包括測點位置，并在表格中表示出各測點位置對應(yīng)的理論 值），在坐標紙上畫出實驗曲線。 一半徑為 R，通以電流 I 的圓線圈，軸線上磁場的公式為： 2 3 22 2 0 1 X2 R INR B 式中：500 匝，線圈有效半徑為 105mm，I=200mA，兩線圈中心間距為 105mm。圓電流線圈軸上磁場分布如下表所示。 坐標值/mm實驗 B 值/mT理論 B 值/mT偏差/mT -600.3810.39170.0107 -500.4280.44040.0124 -400.4710.48830.0173 -300.5070.53200.0250 -200.5380.56720.0292 -100.5570.59030.0333 00.5630.59840.0253 100.5530.59030.0373 200.5300.56720.0372 300.4940.53200.0380 400.4560.48830.0323 500.4140.44040.0264 600.3670.39170.0247 可畫出交疊圖如圖所示。 理論 B 值比實驗 B 值略大一些。 2、亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布的測量數(shù)據(jù)記錄（注意坐標原點設(shè)在兩 個線圈圓心連線的的中心 O 處），在方格坐標紙上畫出實驗曲線。 當(dāng)兩線圈分別同以電流 I 時，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度分別是： 2 3 2 2 2 0 1 2 2 x R R INR B 2 3 2 2 2 0 2 2 2 x R R INR B 合成磁感應(yīng)強度： 2 3 2 2 2 0 2 3 2 2 2 0 21 2 2 2 2 x R R INR x R R INR BBB 在坐標原點，磁感應(yīng)強度為： R NI B 0 2 3 0 5 8 式中：500 匝，線圈有效半徑為 105mm，I=200mA，兩線圈中心間距為 105mm。亥姆霍茲線圈軸上磁場分布如下表所示。 下表中坐標值單位為 mm，實驗 B 值與理論 B 值單位均為 mT。 偏差/mT 實驗B 值/mT坐標值/mm理論 B 值/mT坐標值/mm實驗 B 值/mT偏差/mT 0.00390.427-1150.42311150.4280.0049 0.04940.450-1100.49941100.4540.0454 0.05470.507-1000.56171000.5110.0507 0.05900.568-900.6270900.5690.0580 0.06010.625-800.6851800.6280.0571 0.06520.674-700.7392700.6810.0592 0.05990.724-600.7839600.7290.0549 0.05110.766-500.8171500.7670.0501 0.04370.795-400.8387400.7900.0487 0.04040.810-300.8504300.8070.0434 0.04010.815-200.8551200.8160.0391 0.03730.819-100.8563100.8200.0363 0.03040.82600.856400.8260.0304 可畫出交疊圖如圖所示。 理論 B 值比實驗 B 值略大一些。 六、 誤差分析 實驗作圖與理論作圖基本一致，但理論值比實驗值略大，產(chǎn)生誤差的原因： 儀器本身的系統(tǒng)誤差； 讀數(shù)時儀器數(shù)字跳躍不穩(wěn)定的誤差； 地磁場，空間磁場以及建筑磁場引起的誤差， 亥姆霍茲線圈實驗時并未調(diào)零，產(chǎn)生誤差等等。 七、 思考題 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？其基 本條件有哪些？它的磁場分布特點又是怎樣的？ 答：單線圈軸線上磁場分布規(guī)律和亥姆霍茲線圈磁場分布見上文圖例。亥 姆霍茲線圈由勵磁線圈架部分和磁場測量儀部分組成， 基本條件是兩個相同線圈 彼此平行且共軸，使線圈上通以同方向電流 I?？傻玫嚼碚撚嬎阕C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。 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：因為空間內(nèi)無時無刻不存在磁場，還有地磁場和建筑磁場的存在，會 使得磁場值不