霍爾法測量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場ppt課件

1、霍爾法丈量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場章國榮一、實驗?zāi)康?.了解霍爾法丈量磁場的根本原理。2.掌握儀器運用方法。3.熟練掌握霍爾法丈量亥姆霍茲線圈磁場的方法實驗原理一.載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場 1.1載流圓線圈磁場 一半徑為，通以電流的圓線圈，軸線上磁場的公式為： 1式中N0為圓線圈的匝數(shù)，X為軸上某一點到圓心O的間隔。 本實驗取500匝，500m，110mm，圓心O處x 0，可算得圓電流線圈磁感應(yīng)強度B=1.43mT。它的分布圖如以下圖1所示。2/322200)(2XRIRNBmH /104701.2亥姆霍茲線圈 1所謂亥姆霍茲線圈為兩個一樣線圈彼此平行且共軸，使線圈上通以同方向電流I

2、。 2實際計算證明：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 。 3本實驗亥姆霍茲線圈中心磁感應(yīng)強度 =1.431.431mT =2.05mT 它的分布圖如以下圖2所示23005162RINB圖1 單個圓環(huán)線圈磁場分布 圖2 亥姆霍茲線圈磁場分布 二、霍爾效應(yīng)法測磁場 2.1霍爾效應(yīng)法丈量原理 將通有電流I的導(dǎo)體置于磁場中，那么在垂直于電流I和磁場B方向上將產(chǎn)生一個附加電位差EH，這一景象是霍爾于1879年首先發(fā)現(xiàn)，故稱霍爾效應(yīng)。電位差UH稱為霍爾電壓?；魻栃?yīng) 在霍爾效應(yīng)中導(dǎo)體的電子在洛侖茲力f L 作用下，向圖中虛線箭頭所指的位于y軸負方向的B側(cè)偏

3、轉(zhuǎn)，并使B側(cè)構(gòu)成電子積累，而相對的A側(cè)構(gòu)成正電荷積累。與此同時運動的電子還遭到由于兩種積累的異種電荷構(gòu)成的反向電場力 f E的作用。隨著電荷積累的添加，f E增大，當(dāng)兩力大小相等方向相反時， f L=f E，那么電子積累便到達動態(tài)平衡。 設(shè)電子按均一速度 ，向圖示的X負方向運動，在磁場B作用下，所受洛侖茲力為：f L=e B 。VV同時，電場作用于電子的力為：f E l HHeVeE式中：EH為霍爾電場強度，VH為霍爾電勢，l為霍爾元件寬度當(dāng)?shù)竭_動態(tài)平衡時: f L=f E B=VH/lV 設(shè)霍爾元件寬度為，厚度為d ，載流子濃度為 n ，那么霍爾元件的任務(wù)電流為ldVneIs 那么得到霍爾電

4、壓dIsBRdIsBnelEVHHH1neRH1稱為霍爾系數(shù) 當(dāng)霍爾元件的資料和厚度確定時，設(shè)：nedldRKHH/可得：IsBKVHH式中： 稱為元件的靈敏度 HK當(dāng)電流I為常數(shù)時,有VH= KHIB =k0B，經(jīng)過丈量霍爾電壓VH，就可計算出未知磁場強度B。 運用方法運用方法 1、預(yù)備任務(wù) ：儀器運用前，先開機預(yù)熱1 0分鐘 。2、亥姆霍茲線圈架與磁場丈量儀之間的連線用隨機帶來的兩頭都是同軸插頭的銜接線將丈量儀的偏置電壓端與測試架的偏置電壓端相連.將丈量儀的霍爾電壓端與測試架的霍爾電壓端相連。如以下圖 DH4501A型亥姆霍茲線圈磁場實驗儀接線表示圖 假設(shè)只是用二個線圈中的某一個產(chǎn)生磁場時

5、，可選擇左邊或者右邊的線圈,從丈量儀的勵磁電流兩端用兩頭都是插片的銜接線接至測試架的勵磁線圈兩端.紅接線柱與紅接線柱相連,黑接線柱與黑接線柱相連. 亥姆霍茲線圈的中心設(shè)有二維挪動安裝，其中長的一個挪動安裝用于丈量軸向的磁場分布；短的一個挪動安裝用于丈量徑向磁場分布， 漸漸轉(zhuǎn)動手輪，挪動安裝上的霍爾磁傳感器盒隨之挪動，經(jīng)過轉(zhuǎn)動二個挪動架的手輪，可將霍爾磁傳感器挪動到需求的位置上。 傳感器的位置可在相應(yīng)的指示標尺中確定。3、高斯計的運用方法： 由于有地磁場和大樓建筑等的影響，當(dāng)亥姆霍茲線圈沒有電流流過時，顯示值也不為零。因此在進展亥姆霍茲線圈磁場丈量實驗時，需求對這個固定偏向值進展修正，即在數(shù)據(jù)處

6、置中扣除這個初始偏向值，否那么的話，丈量出的值是在線圈產(chǎn)生的磁場上面疊加上了一個偏向值，會引起較大的丈量誤差。為此丈量儀內(nèi)，設(shè)計有一個零位偏向值自動修正電路，能將這個偏向值記憶在儀器中，自動補償?shù)卮艌鲆鸬墓潭ㄆ蛑怠?詳細運用方法如下 ： 將丈量儀與測試架連線如圖7所示連好。翻開電源,將丈量儀的勵磁電流電位器逆時針旋究竟,電流表顯示為零,線圈沒有產(chǎn)生磁場。但這時由于存在地磁場，以及內(nèi)部電路的失調(diào)電壓，毫特計的顯示往往不為0。預(yù)熱1020分鐘后，按下丈量儀面板上的“零位調(diào)理按鈕,直到數(shù)碼管上的顯示從1111變到3333再放開按鈕。這個過程大約需求2秒。此時毫特表頭應(yīng)顯示0，假設(shè)沒有到零，請反復(fù)

7、上述過程。實驗內(nèi)容 1、丈量圓電流線圈軸線上磁場的分布 銜接好線路，調(diào)理勵磁電流為零，將磁感應(yīng)強度清零。 調(diào)理磁場丈量儀的勵磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為500m,此時毫特計表頭應(yīng)顯示一對應(yīng)的磁感應(yīng)強度B值。以圓電流線圈中心為坐標原點，每隔10.0 mm測一磁感應(yīng)強度B的值，丈量過程中留意堅持勵磁電流值不變。2、丈量亥姆霍茲線圈軸線上磁場的分布 按圖接線，然后在勵磁電流為零的情況下將磁感應(yīng)強度清零。調(diào)理磁場丈量儀的勵磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為500m,此時毫特計表頭應(yīng)顯示一對應(yīng)的磁感應(yīng)強度B值。以亥姆霍茲線圈中心為坐標原點，每隔10.0 mm測一磁感應(yīng)強度B的值，丈量過程中留意堅持勵磁

8、電流值不變。3、勵磁電流大小對磁場強度的影響 此時可以選擇單線圈或者亥姆霍茲線圈磁場分布丈量的連線方法之一進展連線，依然在勵磁電流為零的情況下將磁感應(yīng)強度清零。 調(diào)理磁場丈量儀的勵磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為100m,將霍爾傳感器的位置調(diào)理到以圓電流線圈中心位置或者亥姆霍茲線圈中心位置。 調(diào)理勵磁電流調(diào)理電位器，每添加100mA記下一磁感應(yīng)強度B的值，直到勵磁電流顯示為500mA記下一磁感應(yīng)強度B值為止。測試數(shù)據(jù)處置 1 .圓電流線圈軸線上磁場分布 將圓電流線圈軸線上磁場分布的丈量數(shù)據(jù)記錄于表1留意：坐標原點設(shè)在圓心處。表格中包括測點位置X，磁感應(yīng)強度B值，在同一坐標紙上畫出實驗曲線與實際曲線。 軸向距離X（mm）B（mT）表1 圓電流線圈軸線上磁場分布的丈量數(shù)據(jù)2.亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布 將亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布的丈量數(shù)據(jù)記錄于表2留意坐標原點設(shè)在兩個線圈圓心連線的中點0處，在方格坐標紙上畫出實驗曲線。 軸向距離X（mm）B（mT）表2 亥姆霍茲線圈