用沖擊電流計(jì)測(cè)螺線管內(nèi)磁場(chǎng)

用沖擊電流計(jì)測(cè)螺線管內(nèi)磁場(chǎng)廣西師范大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解沖擊電流計(jì)的工作原理，并掌握其使用方法2.學(xué)會(huì)用沖擊法測(cè)定通電螺線管內(nèi)軸向磁場(chǎng)分布儀器和用具：電阻箱、沖擊電流計(jì)、待測(cè)螺線管、標(biāo)準(zhǔn)互感器、直流電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法：用沖擊法測(cè)定通電螺線管內(nèi)軸向磁場(chǎng)分布用沖擊電流計(jì)測(cè)螺線管內(nèi)磁場(chǎng)磁場(chǎng)的測(cè)量是物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要方面。測(cè)量磁場(chǎng)的方法很多，有電磁感應(yīng)法、旋光效應(yīng)法、霍爾效應(yīng)法等。用沖擊電流計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)是電磁感應(yīng)法的一種。由于所用儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并具有一定的精度，能滿足一般的測(cè)磁要求，所以是測(cè)磁技術(shù)中的一種常用方法，通常用于對(duì)恒定磁場(chǎng)的測(cè)量。其測(cè)量原理也是測(cè)量磁通量、磁化曲線、磁性材料參數(shù)等的基本原理。實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容操作要點(diǎn)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題思考項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)儀器待測(cè)直螺線管標(biāo)準(zhǔn)互感器倒向開(kāi)關(guān)通用儀器沖擊電流計(jì)沖擊電流計(jì)沖擊電流計(jì)是測(cè)量電量的儀器。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，因此，當(dāng)電流瞬間通過(guò)線圈時(shí)，線圈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)不及發(fā)生變化。電流停止后，線圈才以一定的角度擺動(dòng)。線圈啟動(dòng)后，立即受到各種反力矩的作用，線圈的運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到最大位置時(shí)，瞬間停止，然后回復(fù)到初始位置，并在初始位置附近往返擺動(dòng)數(shù)次，最終停止。設(shè)通過(guò)沖擊電流計(jì)的電流，，則流過(guò)線圈的電流為：沖擊電流計(jì)特點(diǎn)反射鏡線圈沖擊電流計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖金屬圓盤(pán)懸絲1、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)靈活—懸絲結(jié)構(gòu)。2、線圈轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大—線圈短而寬，而且下面還懸吊著金屬圓盤(pán)。3、鏡尺讀數(shù)裝置—應(yīng)用光放大原理，提高讀數(shù)的準(zhǔn)確度。鏡尺裝置光源變壓器照明燈沖擊電流計(jì)讀數(shù)裝置沖擊電流計(jì)讀數(shù)裝置讀數(shù)系統(tǒng)調(diào)整照明系統(tǒng)調(diào)整沖擊電流計(jì)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(jīng)450分光鏡反射照射到線圈的反射鏡上，經(jīng)反射鏡反射，射向讀數(shù)標(biāo)尺，在標(biāo)尺上可看到中間有一條黑線（讀數(shù)準(zhǔn)線）的光標(biāo)。當(dāng)線圈擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)反射鏡偏轉(zhuǎn)，則光標(biāo)在標(biāo)尺上移動(dòng)。光標(biāo)的最大偏格數(shù)與線圈最大偏角稱正比。即通過(guò)線圈的電量q與光標(biāo)最大偏格數(shù)n成正比.為電流計(jì)沖擊常數(shù)，與電流計(jì)結(jié)構(gòu)及外電路總電阻有關(guān)。式中待測(cè)直螺線管由較粗的漆包線繞制而成，電阻很小。螺線管長(zhǎng)度L、線圈匝數(shù)N1、直徑d1已知；在螺線管外套有同軸探測(cè)線圈，由細(xì)漆包線繞制，電阻較大。匝數(shù)N2已知。在聯(lián)接電路時(shí)切記不要將兩個(gè)線圈位置接錯(cuò)，否則會(huì)損壞沖擊電流計(jì)。待測(cè)直螺線管各參數(shù)：L、d1、N1、N2值標(biāo)注在直螺線管的銘牌上，實(shí)驗(yàn)時(shí)須記錄。待測(cè)直螺線管待測(cè)螺線管螺線管接線端探測(cè)線圈探測(cè)線圈接線端螺線管長(zhǎng)度標(biāo)尺轉(zhuǎn)動(dòng)手柄探測(cè)線圈位置指針實(shí)驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)互感器互感系數(shù)確定，在實(shí)驗(yàn)中用于電流計(jì)的沖擊常數(shù)定標(biāo)。標(biāo)有H1、K1的一對(duì)端子為初級(jí)線圈；標(biāo)有H2、K2的一對(duì)端子為次級(jí)線圈，鏈接線路時(shí)須注意。本實(shí)驗(yàn)中所用的互感器互感系數(shù)M為0.001H。標(biāo)準(zhǔn)互感器次級(jí)線圈接線柱H2、K2初級(jí)線圈接線柱H1、K1互感器裝置倒向開(kāi)關(guān)12ab雙刀雙擲開(kāi)關(guān)將雙刀雙擲開(kāi)關(guān)固定接線柱間交叉接線，則構(gòu)成倒向開(kāi)關(guān)，當(dāng)雙達(dá)倒向右側(cè)，‘1’與‘a(chǎn)’相連；倒向左側(cè)，‘1’與‘b’相連，實(shí)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(kāi)關(guān)滑線變阻器相關(guān)內(nèi)容清看《變阻器特性》實(shí)驗(yàn)課件。直流電流（勵(lì)磁電流）I1通過(guò)直螺線管，在螺線管內(nèi)建立起恒定磁場(chǎng)；當(dāng)勵(lì)磁電流瞬間發(fā)生突變（例如由＋I(xiàn)變?yōu)椋璉、或變?yōu)?）時(shí)，螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)也發(fā)生突變（由+B至-B，或至0）。變化的磁場(chǎng)在探測(cè)線圈內(nèi)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。由于探測(cè)線圈與電阻箱R2、標(biāo)準(zhǔn)互感器次級(jí)線圈、沖擊電流計(jì)線圈組成閉合回路，則有電流流流過(guò)探測(cè)線圈，在電流計(jì)中有電量q，使電流計(jì)線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相應(yīng)在標(biāo)尺上看到光標(biāo)移動(dòng)n格。實(shí)驗(yàn)原理設(shè)R為探測(cè)線圈回路的總阻值，勵(lì)磁電流由＋I(xiàn)變?yōu)椋璉，螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由＋B變?yōu)椋瑽，則式中：R為探測(cè)線圈回路的總阻值

Cb為沖擊電流計(jì)沖擊常數(shù)

n為光標(biāo)在標(biāo)尺上移動(dòng)的最大偏格數(shù)

N為螺線管的匝數(shù)（實(shí)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(biāo)定當(dāng)電路中接入標(biāo)準(zhǔn)互感器時(shí)并通以電流，根據(jù)同樣的原理，沖擊電流計(jì)的線圈內(nèi)也會(huì)有電量，標(biāo)尺上同樣可看到光標(biāo)的移動(dòng)，由次可得到?jīng)_擊常數(shù)Cb為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容互感系數(shù)初級(jí)線圈中的電流與電流相應(yīng)的光標(biāo)最大偏格數(shù)次級(jí)線圈回路總阻值（2）二、測(cè)量螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)分布直螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)是均勻分布的，而螺線管外的磁感應(yīng)強(qiáng)度近似為零。對(duì)于有限長(zhǎng)直螺線管，在邊緣處磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量螺線管的磁場(chǎng)分布情況，繪制磁場(chǎng)分布曲線。在已標(biāo)定沖擊常數(shù)后，由（1）、（2）兩式可得到螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為（3）直螺線管內(nèi)磁場(chǎng)的分布曲線具有下面的形狀0實(shí)際測(cè)量時(shí)，以螺線管中心為0點(diǎn)，測(cè)到一側(cè)的邊緣外，繪圖時(shí)根據(jù)對(duì)稱關(guān)系，作出完整的分布曲線。操作要點(diǎn)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(jì)A

毫安表，量程500mA、250mAM

標(biāo)準(zhǔn)互感器（為電流計(jì)定標(biāo)）K1

倒向開(kāi)關(guān)（雙刀雙擲），改變電流方向K2

單刀雙擲開(kāi)關(guān)，切換標(biāo)準(zhǔn)互感和螺線管K3

單刀單擲開(kāi)關(guān)，電流計(jì)短路電鍵R1

滑線變阻器，限流作用，調(diào)節(jié)電流R2

電阻箱，電流計(jì)的外臨界電阻1、標(biāo)定Cb

K1合向任意端，K2合向“1”端，K3打開(kāi)。接通電源，調(diào)節(jié)R1使電路中的電流，反復(fù)切換K1改變電流的方向（由或相反），記錄光標(biāo)偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。共測(cè)量6次。為消除因電流計(jì)線圈力矩不對(duì)稱引起的誤差，每次測(cè)量都應(yīng)使光標(biāo)左右各偏轉(zhuǎn)一次，記錄數(shù)據(jù)。所得數(shù)據(jù)求和取平均值。2、測(cè)定直螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)分布

K2合向“2”端，電流改變?yōu)椋瓷鲜龇椒y(cè)量，在處測(cè)量6次，其它各點(diǎn)測(cè)量1次（均應(yīng)左右各測(cè)1次）。注意

★倒向開(kāi)關(guān)切換時(shí)，應(yīng)從一側(cè)立即倒向另一側(cè)，中間不能停頓，否則電流就不是由（或相反），而是由或?！铩锂?dāng)光標(biāo)偏轉(zhuǎn)格數(shù)最大時(shí)立即記錄。

★★★當(dāng)光標(biāo)返回接近“0”點(diǎn)使，短路開(kāi)關(guān)K3閉合，使光標(biāo)停下，不要讓它越過(guò)平衡點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng)?！铩铩铩镉涗洈?shù)據(jù)注意有效數(shù)字位數(shù)數(shù)據(jù)處理一、根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)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(biāo)紙作圖，由圖上確定n0及n/2值.0數(shù)據(jù)記錄表格1、沖擊電流計(jì)定標(biāo)2、螺線管磁場(chǎng)分布測(cè)定(2)移動(dòng)探測(cè)線圈螺線管磁場(chǎng)