實(shí)驗(yàn)十一 弱磁場(chǎng)

1、實(shí)驗(yàn)十一 弱磁場(chǎng)的測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1掌握弱磁場(chǎng)測(cè)量的基本原理； 2掌握大地磁場(chǎng)的一個(gè)基本測(cè)量方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】 眾所周知，地球被磁場(chǎng)包圍，而地磁場(chǎng)也包括南、北兩極，但磁南極和磁北極與地理意義上的南、北極并不一致。地磁場(chǎng)作為一種天然磁源，在軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、探礦等科研中有著重要用途。從電磁學(xué)的右手定則可以知道當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，線圈的周圍就會(huì)產(chǎn)生一定量的磁場(chǎng)，右手握拳，若四個(gè)手指所環(huán)繞的方向是電流的方向，那么大拇指所指的方向就是磁場(chǎng)的方向。 圖11-1 大地磁場(chǎng)與圓線圈磁場(chǎng)矢量合成 圖11-2 圓線圈磁場(chǎng)在軸線上的分布當(dāng)大地磁場(chǎng)BG與圓環(huán)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)BR正交時(shí)，兩個(gè)矢量相加后產(chǎn)生的磁場(chǎng)矢量為

2、BC。它們之間存在以下關(guān)系：BGBR×ctg （11-1）根據(jù)畢奧薩伐爾定律，載流線圈在軸線（通過(guò)圓心并與線圈平面垂直的直線）上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：BR= （11-2）式中I為通過(guò)線圈的電流強(qiáng)度，N為線圈的匝數(shù)，R為線圈的平均半徑，x為線圈圓心到該點(diǎn)的距離，0為真空磁導(dǎo)率。因此，圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為：B0= （11-3）線圈軸線外的磁場(chǎng)分布計(jì)算公式較復(fù)雜，這里不做說(shuō)明。a磁場(chǎng)水平分量測(cè)試儀b地磁場(chǎng)水平測(cè)量實(shí)驗(yàn)架圖11-3 地磁場(chǎng)水平分量?jī)x由此可知，矢量合成的磁場(chǎng)Bc大小與圓環(huán)線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度BR及大地磁感應(yīng)強(qiáng)度BG以及它們之間的夾角有關(guān)。圓環(huán)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)計(jì)算公式已經(jīng)在上面給

3、出。矢量合成后的磁場(chǎng)與圓環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的夾角，可以通過(guò)羅盤上指南針偏轉(zhuǎn)角度直接讀出。這樣我們就可以計(jì)算出地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度?！緦?shí)驗(yàn)儀器】DH4515型地磁場(chǎng)水平分量測(cè)試儀該儀器由兩部分組成，分別為磁場(chǎng)水平分量測(cè)試儀和地磁場(chǎng)測(cè)試架，如圖11-3所示。其中磁場(chǎng)水平分量測(cè)試儀為一恒穩(wěn)電流源，它可為勵(lì)磁線圈提供一個(gè)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)范圍在0200mA的電流。地磁場(chǎng)測(cè)試架上是一個(gè)線圈，通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)BR，線圈匝數(shù)由所選取的接線柱決定。在線圈中心有一個(gè)羅盤，在線圈未通電的情況下，羅盤指向即為地磁場(chǎng)方向?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、 實(shí)驗(yàn)前，先開(kāi)機(jī)預(yù)熱10分鐘，此時(shí)熟悉儀器結(jié)構(gòu)及其功能。2、 將電流源輸出旋鈕調(diào)到最小位置上。

4、3、 調(diào)整機(jī)架的放置角度，使羅盤指針和線圈軸線基本互相垂直，即使BG、BR垂直。4、 將測(cè)試儀電流輸出端子連接到線圈選定匝數(shù)接線柱上。5、 恒定勵(lì)磁電流I = 50mA，依次測(cè)量在線圈匝數(shù)為：10、20、30、50、100時(shí)羅盤對(duì)應(yīng)地磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角度 ，本組數(shù)據(jù)利用作圖法求解地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。表11-1 電流輸出I=50mA線圈匝數(shù)10匝20匝30匝50匝100匝線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度羅盤偏轉(zhuǎn)角磁感應(yīng)強(qiáng)度6、 電流源接到30匝接線柱上，調(diào)節(jié)電流大小，分別測(cè)量在20 mA、40 mA、60 mA、80 mA、100 mA、120 mA時(shí)羅盤對(duì)應(yīng)地磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)角度 ，本組數(shù)據(jù)用最小二乘法求解地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。表11-2 線圈匝數(shù)N=30勵(lì)磁電流20 mA40 mA60 mA80 mA100 mA120m