用沖擊電流計測螺線管內(nèi)的磁場分布

實驗九用沖擊電流計測螺線管內(nèi)的磁場分布【實驗目的】1、了解沖擊電流計的工作原理，并掌握其使用方法。2、學會用沖擊法測定螺線管內(nèi)軸向磁場分布?！緦嶒瀮x器】電阻箱、沖擊電流計、待測螺線管、標準互感器、直流電源、開關(guān)與導線等【實驗原理】圖9-1直螺線管剖面圖1、長直螺線管的磁場圖9-1直螺線管剖面圖如圖9-1所示，設(shè)螺線管長度為，半徑為r0(>>r0），上面均勻地密繞有N匝線圈，放在磁導率為μ的磁介質(zhì)中，當線圈通過電流I時，磁場分布主要集中在螺線管內(nèi)部空間，而且在軸線附近磁力線分布近似均勻且平行，在外部空間磁場則很弱。由畢奧一薩伐爾定律可以得到螺線管軸線上距中心O點X處的磁感應強度為：(9-1)當x=0時（即在螺線管中點）∴∵n=N/L（9-2）2、沖擊電流計的構(gòu)造及測量原理DQ-3沖擊電流計如圖9-2所示，用于測量短時間脈沖電流遷移的電荷量，數(shù)據(jù)自動保持，3位半LED數(shù)顯，可以用于測量電容、高電阻、磁通量等物理量，替代墻式?jīng)_擊電流計。儀器有(19.99與199.9)×l0-8庫侖二個量程量程范圍：0～200nC；0～20nC分辨率：10-10C；10-11C，

精度：±5%+2注意：（1）輸入端不得加大于50V的電壓、大于40mA的穩(wěn)恒電流；（2）限于測量單次回零脈沖量圖9-2DQ-3沖擊電流計3、用沖擊電流計測定螺線管內(nèi)軸向磁感應強度測量電路如圖9-3所示，圖中N2為探測線圈，它緊套在螺線管N1上，可左右移動。當螺線管有電流流過時，使產(chǎn)生磁場，我們認為在螺線管內(nèi)某截面上的磁感應強度是相等的，其大小為B，方向沿軸向。設(shè)螺線管截面積為S，探測線圈的匝數(shù)為N2，則通過探測線圈的磁通量為Φ0=BN2S。若使I迅速反向，變?yōu)?I（設(shè)所用時間τ很短），則通過探測線圈的磁通量迅速變?yōu)棣郸?-BN2S。故磁通變化量為ΔФ=Φτ-Ф0=-2BN2S由于磁通變化，所以在此過程中，探測線圈兩端產(chǎn)生感應電動勢，于是有脈沖電流流過電流計?？梢宰C明，脈沖電流所遷移的電量q與磁通變量△Ф成正比，且為（9-3）即（9-4）式中R為電流計回路中的總電阻。（9-3）式證明如下：圖9-3螺線管軸向磁場測量圖設(shè)探測線圈有一磁通改變，則線圈兩端產(chǎn)生感應電動勢（），于是有一脈沖電流i流過電流計，設(shè)回路總電阻為R，則有于是通過電流計的電量為為了測量R，實際測量線路中要接入標準互感器?；ジ衅饔蓛蓚€線圈組成，一個初級線圈L1，另一個次級線圈L2（接在電流計回路中），當把開關(guān)合向1時，即有電流IM流過L1，此時通過次級線圈的磁通量為Φ0=MIMM為互感器的互感量，其值機根據(jù)公式M=（L-K）/2確定。這里K為互感器常數(shù)，為初、次級兩個線圈自感量之和（即K=L1+L2），L為互感器讀數(shù)盤的讀數(shù)。當初級線圈中的電流變化為dI時，次級線圈的磁通變化為dф=MdI，在次級線圈兩端產(chǎn)生的感應電動勢為：于是有脈沖電流流過電流計，且為如果同樣使初級線圈中的電流迅速反向，由I變?yōu)?I，由在此過程中，次級線圈向電流計遷移的電量為（9-5）由式（9-4）及（9-5）可得（9-6）式中，M為互感器互感量，IM為流過互感器線圈L1的電流強度，N2為螺線管上的探測線圈匝數(shù)，S為螺線管探測線圈截面積。qM是把L1接入電路中測得的電量，qB是把螺線管接入電路中測得的電量，單位是10-8庫侖?！緦嶒灧椒ê筒襟E】1、電路圖如9-3所示，其中R=12000Ω。2、合上穩(wěn)壓電源開關(guān)，把雙刀雙擲開關(guān)K2合向互感器的L1，電流表量程置于75mA檔，合上開關(guān)K1，調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使電流表讀數(shù)為60mA（此即IM），斷開K1。3、合上沖擊電流計電源開關(guān)，選擇量程為Ⅱ，調(diào)零開關(guān)撥至“調(diào)零”、調(diào)零后撥至“測量”，記下此時沖擊電流計的讀數(shù)即本底讀數(shù)q01。4、迅速合上開關(guān)K1，記錄沖擊電流計的讀數(shù)q1，則。5、把K2合向螺線管，電流表量程置750mA檔，使電流表讀數(shù)為500mA，把探測線圈置于X=0位置，仿照測量qM的方法測出qB。將探測