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文檔簡介
1、亥姆霍茲線圈實驗報告【實驗原理】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式中Nd為圓線圈的匝數(shù),X為軸上某一點到圓心 0的距離。"廠4恥ILH應它的磁場分布圖如圖1-1所示。(1-1)0I(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所示。卜I-?如妙巒丄荀噓場分巾2.霍爾效應法測磁場(1)霍爾效應法測量原理 將通有電流I的導體置于磁 場中,則在垂直于電
2、流I和磁場B 方向上將產(chǎn)生一個附加電位差, 一現(xiàn)象是霍爾于 現(xiàn),故稱霍爾效應。 為霍爾電壓。這1879年首先發(fā)電位差UH稱如圖3-1所示N型半導體,若M3.1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運動的電子), 此時在Z軸方向加以強度為 B的磁場后,運動著的電子受洛倫茲力Fb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 Eh (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 電子受到的洛倫茲力和霍爾電場的反作用力這二種達到平衡時,就不能向下 偏移。此時
3、在上下平面(S、P平面)間形成一個穩(wěn)定的電壓 UH (霍爾電壓)。2)霍爾系數(shù)、霍爾靈敏度、霍爾電壓設材料的長度為I,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 有如下關系:I=nevbd霍爾電壓U H=IB/ned=R HIB/d=K HIB式中霍爾系數(shù)由此可見,使 可計算出未知磁場強度 B。RH=1/ne ,單位為 m3/c;霍爾靈敏度 KH=RRZd ,單位為 mV/mAI為常數(shù)時,有UH= KhIB =k oB,通過測量霍爾電壓UH,就本實驗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 場強度?!緦嶒瀮x器】亥姆霍茲實驗儀由二部分組成。 它們分別
4、為勵磁線圈架部分 (見圖一) 和磁場量儀器部分(見圖二)。手鞄HZDHtt州大華DH4501A裒載場實驗儀mAUm.;.:.:“:. . .!.:訐卸- 詩祈,大華儀器制薩百眼公司圖二4501A型亥姆霍茲線圈磁場實驗儀面板亥姆霍茲線圈架:二個勵磁線圈:線圈有效半徑 105mm線圈匝數(shù)500二線圈中心間距 105mm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距離分辨力0.5mm【實驗內(nèi)容】1.測量圓電流線圈軸線上磁場的分布接好電路。開機預熱 5分鐘,調(diào)零。調(diào)節(jié)磁場實驗儀的輸出功率,使勵磁電流有效值為1 = 200mA ,以圓電流線
5、圈中心為坐標原點,每隔10.0 mm測一個Bm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線上磁場的分布10.0mm關閉電源,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)節(jié)磁場測試儀的輸出功率,使勵磁電流有效 值仍為1 = 200mA。以兩個圓線圈軸線上的中心點為坐標原點,每隔 測一個Bm值。記錄數(shù)據(jù)并作出磁場分布曲線圖。I.t£_b. " /* oM 3舛肘£If【數(shù) 據(jù)處 理】m絢切M e妙亥姆霍茲T 0.9 m0.850.8.”加何爾850魏40.0.8048290.805
6、0.750.70.650.60.550.5亥姆霍茲0.7680.773/ 0.723叫 o.67川 0.609"0.5480.729 0.678' 0.6190.557100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 100548 609 670 723 768 804 829 8435 855 849 842 829 805 773 729 678 619 557T 0.6 m圓線圈0.580.5830.5730.5670.560.540.520.50.5540.540.5I90.501
7、.584%57-7 "0:5690.5570:545。譬70.0.507V0.48y0.480.4840.460.440.440.46%0.4410.420.445 40 35 30 25 20 15 1050圓線圈100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50440 461 480 501 519 540 554 567 87線 5&3 588 584 577 569 557 545 527 507 484 460 441【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? 其基本條件有哪些?它的磁場分布特點又怎樣?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。顯示的磁2 分析用霍爾效應測量磁場時, 當流過線圈中的電流為零時, 場值不
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