亥姆霍茲線圈測磁場ppt課件

1、【預(yù)習(xí)重點】【預(yù)習(xí)重點】1. 畢奧薩伐爾定律、載流圓線圈在軸線上某點的磁畢奧薩伐爾定律、載流圓線圈在軸線上某點的磁感應(yīng)強度公式。感應(yīng)強度公式。2. 亥姆霍茲線圈的組成及其磁場分布的特點。亥姆霍茲線圈的組成及其磁場分布的特點。 3. 霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器原理?；魻栃?yīng)、霍爾傳感器原理。 【實驗?zāi)康摹俊緦嶒災(zāi)康摹?. 測亥姆霍茲線圈在軸線上的磁場分布。測亥姆霍茲線圈在軸線上的磁場分布。2. 測載流圓線圈在軸線上的磁場分布，驗證磁場疊加測載流圓線圈在軸線上的磁場分布，驗證磁場疊加原理。原理。3. 比較兩載流圓線圈間隔不同時軸線上磁場分布情況。比較兩載流圓線圈間隔不同時軸線上磁場分布情況。 【實驗原理

2、】【實驗原理】一、圓線圈一、圓線圈 載流圓線圈在軸線經(jīng)過載流圓線圈在軸線經(jīng)過圓心并與線圈平面垂直的直線圓心并與線圈平面垂直的直線上磁場情況如圖。根據(jù)畢奧薩上磁場情況如圖。根據(jù)畢奧薩伐爾定律，軸線上某點的磁感伐爾定律，軸線上某點的磁感應(yīng)強度應(yīng)強度B為為 B(x)xOINxRRB2/32220)(2而圓心處的磁感應(yīng)強度為而圓心處的磁感應(yīng)強度為 INRB200二、亥姆霍茲線圈二、亥姆霍茲線圈 亥姆霍茲線圈是一對彼此平亥姆霍茲線圈是一對彼此平行且連通的共軸圓形線圈，每一行且連通的共軸圓形線圈，每一線圈線圈N匝，兩線圈內(nèi)的電流方向匝，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小一樣，線圈之間間隔一致，大小一樣，線圈之間

3、間隔d正好等于圓形線圈的平均半正好等于圓形線圈的平均半徑徑 。 RB(x)xO 設(shè)設(shè)x為亥姆霍茲線圈中軸線為亥姆霍茲線圈中軸線上某點離中心點上某點離中心點O處的間隔，處的間隔，那么亥姆霍茲線圈軸線上任一那么亥姆霍茲線圈軸線上任一點的磁感應(yīng)強度大小點的磁感應(yīng)強度大小B為為 3/ 23/ 22222201222RRBN I RRxRx 而在亥姆霍茲線圈軸線上中心而在亥姆霍茲線圈軸線上中心O處磁感應(yīng)強度處磁感應(yīng)強度大小大小Bo為為003/285N IBR三、雙線圈三、雙線圈 假設(shè)線圈間距假設(shè)線圈間距d不等于不等于 。設(shè)。設(shè)x為雙線圈為雙線圈中軸線上某點離中心點中軸線上某點離中心點O處的間隔，那么雙處

4、的間隔，那么雙線圈軸線上任一點的磁感應(yīng)強度大小線圈軸線上任一點的磁感應(yīng)強度大小B為為R3/23/22222201222ddBN I RRxRx 四、霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器四、霍爾效應(yīng)、霍爾傳感器1. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) dFeFmIdUHAABdvmFeFb 把一塊寬為把一塊寬為b，厚為，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強度為的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I ，此時在板的，此時在板的橫向兩側(cè)面橫向兩側(cè)面A、A,之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差，這一景之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差，這一景象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差UH稱霍爾

5、電壓。稱霍爾電壓。 HHIBURdRH稱為霍爾系數(shù) 2. 霍爾傳感器霍爾傳感器 HHHIBURK IBd并且傳感器的義務(wù)電流已設(shè)定為規(guī)范義務(wù)電流并且傳感器的義務(wù)電流已設(shè)定為規(guī)范義務(wù)電流定值。即定值。即KHIK常數(shù)常數(shù) UHKB 所以由所以由UH值可得出值可得出B的示值。的示值。 【實驗儀器】【實驗儀器】一、實驗平臺一、實驗平臺二、高靈敏度毫特計二、高靈敏度毫特計三、數(shù)字式直流穩(wěn)流電源三、數(shù)字式直流穩(wěn)流電源 1、毫特斯拉計、毫特斯拉計 2、電流表、電流表 3、直流電流源、直流電流源 4、電流調(diào)理旋鈕、電流調(diào)理旋鈕 5、調(diào)零旋鈕、調(diào)零旋鈕 6、傳感器插頭、傳感器插頭 7、固定架、固定架 8、霍爾傳

6、感器、霍爾傳感器 9、大理石、大理石 10、線圈、線圈 A、B、C、D為接線柱為接線柱【實驗內(nèi)容】【實驗內(nèi)容】一、丈量前預(yù)備一、丈量前預(yù)備1. 銜接電路，接通電源，開機預(yù)熱銜接電路，接通電源，開機預(yù)熱10分鐘以上。分鐘以上。2. 用鋁尺和鋼板尺調(diào)整兩線圈位置，使兩線圈共用鋁尺和鋼板尺調(diào)整兩線圈位置，使兩線圈共軸且軸線與臺面中心橫刻線重合，兩線圈間隔為軸且軸線與臺面中心橫刻線重合，兩線圈間隔為R=10.00cm(線圈半徑線圈半徑)，即組成一個亥姆霍茲線圈，即組成一個亥姆霍茲線圈.3. 熟習(xí)傳感器的放置方法。熟習(xí)傳感器的放置方法。二、單線圈軸線上各點磁感應(yīng)強度的丈量二、單線圈軸線上各點磁感應(yīng)強度的

7、丈量 1. 單線圈單線圈a軸線上各點的磁感應(yīng)強度軸線上各點的磁感應(yīng)強度Ba 按圖接線直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串按圖接線直流穩(wěn)流電源中數(shù)字電流表已串接在電源的一個輸出端，只給單線圈接在電源的一個輸出端，只給單線圈a通電，旋通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流I為為100mA。取臺面中心。取臺面中心為坐標(biāo)原點為坐標(biāo)原點O，經(jīng)過，經(jīng)過O的橫刻線為的橫刻線為OX軸。把傳感軸。把傳感器探頭從一側(cè)沿器探頭從一側(cè)沿OX軸挪動軸挪動,每挪動每挪動1.00cm測一磁測一磁感應(yīng)強度感應(yīng)強度Ba，測出一系列與坐標(biāo)，測出一系列與坐標(biāo)x對應(yīng)的磁感應(yīng)強對應(yīng)的磁感應(yīng)強度度Ba .丈量區(qū)域為丈量區(qū)域為10c

8、m+10cm。 實驗中，應(yīng)留意毫特計探頭沿線圈軸線挪動，實驗中，應(yīng)留意毫特計探頭沿線圈軸線挪動，每丈量一個數(shù)據(jù)，必需先在直流電流輸出電路斷每丈量一個數(shù)據(jù)，必需先在直流電流輸出電路斷開時開時I=0調(diào)零后，才丈量和記錄數(shù)據(jù)。調(diào)零后，才丈量和記錄數(shù)據(jù)。 2. 單線圈單線圈b軸線上各點的磁感應(yīng)強度軸線上各點的磁感應(yīng)強度Bb 只給單線圈只給單線圈b通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流通電，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，令電流I為為100mA。以上述同樣的丈量方法，測出一系列。以上述同樣的丈量方法，測出一系列XBb數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為-10cm+10cm。 3. 在軸線上某點轉(zhuǎn)動毫特計探頭，察看一下該在軸線上某

9、點轉(zhuǎn)動毫特計探頭，察看一下該點磁感應(yīng)強度的方向：轉(zhuǎn)動探頭觀測毫特計的讀數(shù)點磁感應(yīng)強度的方向：轉(zhuǎn)動探頭觀測毫特計的讀數(shù)值，讀數(shù)最大時傳感器法線方向，即是該點磁感應(yīng)值，讀數(shù)最大時傳感器法線方向，即是該點磁感應(yīng)強度方向。強度方向。三、雙線圈軸線上各點磁感應(yīng)強度丈量三、雙線圈軸線上各點磁感應(yīng)強度丈量 1. 令兩線圈串連，流過的電流方向一致紅黑令兩線圈串連，流過的電流方向一致紅黑接線柱交錯相接，組成亥姆霍茲線圈。然后，旋接線柱交錯相接，組成亥姆霍茲線圈。然后，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，在同樣電流轉(zhuǎn)電流調(diào)理旋紐，在同樣電流I=100mA條件下，測條件下，測軸線上各點的磁感應(yīng)強度軸線上各點的磁感應(yīng)強度BR值丈量方法

10、同上。得值丈量方法同上。得出的一系列出的一系列XBR數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為-10cm+10cm。 2. 分別把雙線圈間間隔調(diào)整為分別把雙線圈間間隔調(diào)整為d=R/2和和d=2R并丈量在電流為并丈量在電流為I=100mA時軸線上各點磁感應(yīng)強時軸線上各點磁感應(yīng)強度值。丈量方法同上。并將得出的度值。丈量方法同上。并將得出的X 、XB2R數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為數(shù)據(jù)。丈量區(qū)域為-10cm+10cm。2RB【數(shù)據(jù)處置】【數(shù)據(jù)處置】 1. 將測得的單、雙線圈中心點的磁感應(yīng)強度與將測得的單、雙線圈中心點的磁感應(yīng)強度與實踐公式計算結(jié)果相比較，看能否一致。實踐公式計算結(jié)果相比較，看能否一致。 2. 用直角坐標(biāo)紙，在同一坐標(biāo)系作用直角坐標(biāo)紙，在同一