亥姆霍兹线圈磁场--南昌大学-物理实验(共9页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上南昌大学物理实验报告 课程名称: 普通物理实验(1) 实验名称: 亥姆霍兹线圈磁场 学院: 理学院 专业班级: 应用物理学152班 学生姓名: 学号: 实验地点: 基础实验大楼B212 座位号: 26 实验时间: 第七周星期四上午十点开始 一、实验目的:1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。二、实验原理:1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场(1)载流圆线圈磁场根据比奥-萨伐尔定律,载流圆线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点磁感应强度B为(1)式中为真空磁导率,R为线圈的平均半径,为圆线圈的匝数,I通过线
2、圈的电流x为轴线上某一点到圆心O的距离.因此它在轴线上磁场分布图如图(1)所示。(2) 亥姆霍兹线圈所谓亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈,彼此平行且共轴,通以同方向电流I,理论计算证明:当线圈间距a等于线圈半径R时,两线圈合磁场在轴线上(两线圈圆心连线)附近比较大范围内是均匀的,如图(2)所示.这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。 图(1) 载流圆线圈磁场分布 图(2)亥姆霍兹线圈磁场分布2.霍尔效应法测磁场(1) 霍尔效应法测量原理将通有电流I的导体置于磁场中,则在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电势差,这一现象是霍尔于1879年首先发现的,故称霍尔效应.电势差称为霍尔电压
3、.如图25-5所示n型半导体,若导体中电流I沿x轴方向流动(有速度为v运动的电子),此时在z轴方向上加上强度为B的磁场后,运动着的电子受洛伦兹力的作用而偏移、聚集在S平面;同时随着电子向S平面偏移和聚集,在P平面出现等量的正电荷,结果在S、P平面之间形成一个电场(此电场称之为霍尔电场)这个电场反过来阻止电子继续向S面偏移.当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力达到平衡时,就不能向S面偏移.此时在S、P平面间形成一个稳定的电压(霍尔电压)。(2) 霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压设材料的长度为l,宽度为b,厚度为d,载流子浓度为n,载流子速度为v,他们与通过材料的电流I有如下关系霍尔电压式中霍尔
4、系数,单位为;霍尔灵敏度,单位为mV/mA.由此可见,当I为常量时,有,通过测量霍尔电压就可计算出未知磁场强度B.本实验使用霍尔效应法测磁场,并且本实验使用的仪器用集成霍尔元件,已经与模块联调,直接显示磁场强度。三、实验仪器:亥姆霍兹线圈磁场实验仪四、实验内容和步骤:1. 测量圆电流线圈轴线上磁场的分布(1) 仪器使用前,请先开机预热5min接好电路,调零.(2) 调节磁场实验仪的输出功率,使励磁电流有效值为I=200mA,以圆电流线圈中心为坐标原点,每隔10.0 mm测一个值,测量过程中注意保持励磁电流值不变,记录数据并作出磁场分布曲线图.2. 测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布(1) 关掉电
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