用沖擊電流計測螺線管內磁場

用沖擊電流計測螺線管內磁場廣西師范大學物理實驗中心實驗目的：1.了解沖擊電流計的工作原理，并掌握其使用方法2.學會用沖擊法測定通電螺線管內軸向磁場分布儀器和用具：電阻箱、沖擊電流計、待測螺線管、標準互感器、直流電源、開關、導線等實驗內容和方法：用沖擊法測定通電螺線管內軸向磁場分布用沖擊電流計測螺線管內磁場磁場的測量是物理實驗的一個重要方面。測量磁場的方法很多，有電磁感應法、旋光效應法、霍爾效應法等。用沖擊電流計測量磁場是電磁感應法的一種。由于所用儀器結構簡單，操作方便，并具有一定的精度，能滿足一般的測磁要求，所以是測磁技術中的一種常用方法，通常用于對恒定磁場的測量。其測量原理也是測量磁通量、磁化曲線、磁性材料參數(shù)等的基本原理。實驗儀器實驗原理實驗內容操作要點數(shù)據處理問題思考項目實驗儀器待測直螺線管標準互感器倒向開關通用儀器沖擊電流計沖擊電流計沖擊電流計是測量電量的儀器。由于其特殊的結構，線圈轉動慣量較大，因此，當電流瞬間通過線圈時，線圈的運動狀態(tài)來不及發(fā)生變化。電流停止后，線圈才以一定的角度擺動。線圈啟動后，立即受到各種反力矩的作用，線圈的運動速度逐漸減小，當轉動到最大位置時，瞬間停止，然后回復到初始位置，并在初始位置附近往返擺動數(shù)次，最終停止。設通過沖擊電流計的電流，，則流過線圈的電流為：沖擊電流計特點反射鏡線圈沖擊電流計結構示意圖金屬圓盤懸絲1、線圈轉動靈活—懸絲結構。2、線圈轉動慣量大—線圈短而寬，而且下面還懸吊著金屬圓盤。3、鏡尺讀數(shù)裝置—應用光放大原理，提高讀數(shù)的準確度。鏡尺裝置光源變壓器照明燈沖擊電流計讀數(shù)裝置沖擊電流計讀數(shù)裝置讀數(shù)系統(tǒng)調整照明系統(tǒng)調整沖擊電流計的讀數(shù)系統(tǒng)為鏡尺裝置，線圈的懸絲上附有反射鏡，鏡尺裝置處的燈光經450分光鏡反射照射到線圈的反射鏡上，經反射鏡反射，射向讀數(shù)標尺，在標尺上可看到中間有一條黑線（讀數(shù)準線）的光標。當線圈擺動時，帶動反射鏡偏轉，則光標在標尺上移動。光標的最大偏格數(shù)與線圈最大偏角稱正比。即通過線圈的電量q與光標最大偏格數(shù)n成正比.為電流計沖擊常數(shù)，與電流計結構及外電路總電阻有關。式中待測直螺線管由較粗的漆包線繞制而成，電阻很小。螺線管長度L、線圈匝數(shù)N1、直徑d1已知；在螺線管外套有同軸探測線圈，由細漆包線繞制，電阻較大。匝數(shù)N2已知。在聯(lián)接電路時切記不要將兩個線圈位置接錯，否則會損壞沖擊電流計。待測直螺線管各參數(shù)：L、d1、N1、N2值標注在直螺線管的銘牌上，實驗時須記錄。待測直螺線管待測螺線管螺線管接線端探測線圈探測線圈接線端螺線管長度標尺轉動手柄探測線圈位置指針實驗裝置標準互感器互感系數(shù)確定，在實驗中用于電流計的沖擊常數(shù)定標。標有H1、K1的一對端子為初級線圈；標有H2、K2的一對端子為次級線圈，鏈接線路時須注意。本實驗中所用的互感器互感系數(shù)M為0.001H。標準互感器次級線圈接線柱H2、K2初級線圈接線柱H1、K1互感器裝置倒向開關12ab雙刀雙擲開關將雙刀雙擲開關固定接線柱間交叉接線，則構成倒向開關，當雙達倒向右側，‘1’與‘a’相連；倒向左側，‘1’與‘b’相連，實現(xiàn)了電流的倒向。通用儀器直流穩(wěn)壓電源直流毫安表電阻箱開關滑線變阻器相關內容清看《變阻器特性》實驗課件。直流電流（勵磁電流）I1通過直螺線管，在螺線管內建立起恒定磁場；當勵磁電流瞬間發(fā)生突變（例如由＋I變?yōu)椋璉、或變?yōu)?）時，螺線管內的磁場也發(fā)生突變（由+B至-B，或至0）。變化的磁場在探測線圈內產生感生電動勢。由于探測線圈與電阻箱R2、標準互感器次級線圈、沖擊電流計線圈組成閉合回路，則有電流流流過探測線圈，在電流計中有電量q，使電流計線圈發(fā)生偏轉，相應在標尺上看到光標移動n格。實驗原理設R為探測線圈回路的總阻值，勵磁電流由＋I變?yōu)椋璉，螺線管內的磁感應強度由＋B變?yōu)椋瑽，則式中：R為探測線圈回路的總阻值

Cb為沖擊電流計沖擊常數(shù)

n為光標在標尺上移動的最大偏格數(shù)

N為螺線管的匝數(shù)（實際值為N1）

S為螺線管的截面積

d1

為螺線管的直徑（1）一、沖擊常數(shù)標定當電路中接入標準互感器時并通以電流，根據同樣的原理，沖擊電流計的線圈內也會有電量，標尺上同樣可看到光標的移動，由次可得到沖擊常數(shù)Cb為實驗內容互感系數(shù)初級線圈中的電流與電流相應的光標最大偏格數(shù)次級線圈回路總阻值（2）二、測量螺線管內的磁場分布直螺線管內的磁場是均勻分布的，而螺線管外的磁感應強度近似為零。對于有限長直螺線管，在邊緣處磁感應強度明顯下降。通過實驗測量螺線管的磁場分布情況，繪制磁場分布曲線。在已標定沖擊常數(shù)后，由（1）、（2）兩式可得到螺線管內的磁感應強度為（3）直螺線管內磁場的分布曲線具有下面的形狀0實際測量時，以螺線管中心為0點，測到一側的邊緣外，繪圖時根據對稱關系，作出完整的分布曲線。操作要點按照電路原理圖連接電路，注意電源極性和電表極性的配合。12電路中各元件的作用：G

沖擊電流計A

毫安表，量程500mA、250mAM

標準互感器（為電流計定標）K1

倒向開關（雙刀雙擲），改變電流方向K2

單刀雙擲開關，切換標準互感和螺線管K3

單刀單擲開關，電流計短路電鍵R1

滑線變阻器，限流作用，調節(jié)電流R2

電阻箱，電流計的外臨界電阻1、標定Cb

K1合向任意端，K2合向“1”端，K3打開。接通電源，調節(jié)R1使電路中的電流，反復切換K1改變電流的方向（由或相反），記錄光標偏轉的格數(shù)。共測量6次。為消除因電流計線圈力矩不對稱引起的誤差，每次測量都應使光標左右各偏轉一次，記錄數(shù)據。所得數(shù)據求和取平均值。2、測定直螺線管內的磁場分布

K2合向“2”端，電流改變?yōu)?，按上述方法測量，在處測量6次，其它各點測量1次（均應左右各測1次）。注意

★倒向開關切換時，應從一側立即倒向另一側，中間不能停頓，否則電流就不是由（或相反），而是由或。★★當光標偏轉格數(shù)最大時立即記錄。

★★★當光標返回接近“0”點使，短路開關K3閉合，使光標停下，不要讓它越過平衡點來回擺動?！铩铩铩镉涗洈?shù)據注意有效數(shù)字位數(shù)數(shù)據處理一、根據所測數(shù)據作B—x圖線由于B正比于偏格數(shù)n，可作n—x圖線。用坐標紙作圖，由圖上確定n0及n/2值.0數(shù)據記錄表格1、沖擊電流計定標2、螺線管磁場分布測定(2)移動探測線圈螺線管磁場