亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、開放性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定姓名學(xué)號(hào)班級(jí)亥姆霍茲線圈是一對(duì)相同的、共軸的、彼此平行的各有N匝的圓環(huán)電流。當(dāng)它們 的間距正好等于英圓環(huán)半徑/?時(shí)，稱這對(duì)圓線圈為亥姆霍茲線圈。在亥姆霍茲線圈的兩 個(gè)圓電流之間的磁場(chǎng)比較均勻。在生產(chǎn)和科研中經(jīng)常要把樣品放在均勻磁場(chǎng)中作測(cè)試， 利用亥姆霍茲線圈是獲得一種均勻磁場(chǎng)的比較方便的方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng)的原理。2. 學(xué)會(huì)亥姆霍茲磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀的使用方法。3. 測(cè)量圓線圈和亥姆霍茲線圈上的磁場(chǎng)分布，并驗(yàn)證磁場(chǎng)的疊加原理二、實(shí)驗(yàn)原理同學(xué)們注意，根據(jù)自己的理解.適肖増減，不要太多，有了重點(diǎn)就可以了。1.霍爾器件測(cè)址磁場(chǎng)的原理圖381霍爾

2、效應(yīng)原理如圖38-1所示.有一N型半導(dǎo)體材料制成的霍爾傳感器，長(zhǎng)為L(zhǎng).寬為b惇為d.其四個(gè) 側(cè)面各焊有一個(gè)電極1、2、3、4o將其放在如圖所示的垂直磁場(chǎng)中.沿3、4兩個(gè)側(cè)面通以電流I.電 流密度為J則電F將沿負(fù)J方向以速度叫運(yùn)動(dòng)，此電F將受到垂血方向碗場(chǎng)B的洛侖茲力 瓦=0V,S作用，造成電子在半導(dǎo)體薄片的1測(cè)積累過(guò)址的負(fù)電荷，2側(cè)積累過(guò)址的正電荷。因此在亠 1 1薄片中產(chǎn)生了由2側(cè)指向1側(cè)的電場(chǎng)丑耳，該電場(chǎng)對(duì)電子的作用力傳反向， 當(dāng)兩種力相平衡時(shí).便出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，1、2兩側(cè)面將建工起穩(wěn)定的電“耳此種效應(yīng)為霍爾效應(yīng)， 由此而產(chǎn)生的電壓卩耳叫霍爾電壓，、2端輸出的霍爾電壓可由數(shù)顯電壓表測(cè)量并就示

3、岀來(lái)如果半導(dǎo)休中電流I是穩(wěn)定而均勻的，則電流密度J的大小為J =bd(3-8-1)式中b為矩形導(dǎo)體的寬.d為其厚度.則bd為半導(dǎo)體垂直于電流方向的截浙積。如果半導(dǎo)體所在范用內(nèi)，礎(chǔ)場(chǎng)B也是均勻的.則霍耳電場(chǎng)也是均勻的.大小為曰b(3-82)霍耳電場(chǎng)使電子受到一與洛侖茲力Fm相反的電場(chǎng)力Fc.將阻止電子繼續(xù)遷移，隨著電荷積累的増加，霍耳電場(chǎng)的電場(chǎng)力也增大，、"噠到一定程度時(shí).Fm與氏大小相等.電荷積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡.形成穩(wěn)定的霍耳電壓.這時(shí)根據(jù)FnFc有= eEH(3-8-3)將(382)式代入(383)式得(3-8-4)式中 5、占容易測(cè)雖，但電子速度卩住難測(cè).為此將卩住變成與I有關(guān)的參

4、數(shù)。根據(jù)歐姆定理電 流密度=怦 r為載流子的濃度，得'=血=nevbd .故有p 二"(3 8 5)將(3-8-5)式代入(3-8-4)式得1 IB令,則有5=嗨d(3-8-6)式中，為?i；耳系數(shù)，通常定義,稱疋用為靈敏度，這時(shí)式(3-8-6)可寫為Ug 二疋押(3-& -7)2根據(jù)畢奧一薩伐爾左律，載流線圈在軸線(通過(guò)圓心并與線圈平而垂直的直線)上某點(diǎn)(如圖1所示)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為:圖1圖2式中“°為真空磁導(dǎo)率，R為線圈的平均半徑，x為圓心到該點(diǎn)P的距離，N為線圈匝數(shù)，/為通過(guò)線圈的電流強(qiáng)度。因此，圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度禺為：B古NJ3. 亥姆霍茲線圈是一對(duì)彼

5、此平行且連通的共軸圓形線圈(如圖2所示)，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同，線圈之間的距離正好等于圓形線圈的半徑這種線圈的特點(diǎn)是能在其公共軸線中點(diǎn)附近產(chǎn)生較廣的均勻磁場(chǎng)區(qū)，設(shè)X為亥姆霍茲線圈中軸線上 某點(diǎn)離中心點(diǎn)O處的距離，則亥姆霍茲線圈軸線上任意一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：b = A°nhN /+(£ + "-3/2-3/2-%(4)而在亥姆霍茲線圈上中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為:53/2 R三. 實(shí)驗(yàn)儀器FB511霍爾法亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)測(cè)定儀一套四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1開機(jī)后應(yīng)預(yù)熱1()分鐘，再進(jìn)行測(cè)量；2. 調(diào)整兩線圈位苣，使兩線圈共軸且軸線與臺(tái)而中心橫刻線重合，兩線圈距

6、離為 R=10.00cm(線圈半徑)，左端在0處，右端在10cm (R)處；即組成一個(gè)亥姆霍茲線圈。3. 測(cè)量亥姆霍茲線圈中01線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布（Blx）：按圖接線， 只給單線圈01通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)盯旋紐，令電流I為lOOmAo把傳感器探頭從一側(cè)沿 OX軸移動(dòng)，每移動(dòng)1.00cm測(cè)一磁感應(yīng)強(qiáng)度Bl,測(cè)出一系列與坐標(biāo)x對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bio4. 測(cè)量02線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布（B2 x ）：只給單線圈02通電，旋轉(zhuǎn)電流 調(diào)節(jié)旋紐，令電流I為lOOmAo以上述同樣的測(cè)量方法，測(cè)出一系列B2x數(shù)據(jù)。5. 測(cè)量亥姆霍茲線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸線的分布Bl+2 x，并驗(yàn)證磁場(chǎng)迭加原理兩個(gè) 線圈串聯(lián)，間隔調(diào)整至10cm,同時(shí)通電流1=100mA,測(cè)量英軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度B1+2 , 證明 B1+2=B1+B2五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 將填入exel的數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)結(jié)果粘帖到此；2. 將Bl, B2, Bi+2. （B1+B2）隨X的變化做在同一圖上，并粘帖至此；六、實(shí)驗(yàn)小結(jié)寫不