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亥姆霍茲線圈實驗 測量載流圓線圈的磁場分布 驗證矢量迭加原理

[復制鏈接]
ID:654171 發表于 2020-6-9 10:57 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
實驗目的
1.學習測量載流圓線圈的磁場分布。
2.了解亥姆霍茲線圈磁場分布的特點。
3.驗證矢量迭加原理。

實驗儀器
名稱
型號
三維亥姆霍茲線圈磁場實驗儀
FB520型

實驗原理(注意:原理圖、測試公式)
1.載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場
   (1)載流圓線圈磁場
根據畢奧-薩伐爾定律半徑為,通以直流電流的圓線圈,其軸線上離原線圈中心距離為米處的磁感應強度的表達式為:

圖一是單峰關于Y軸對稱的曲線,兩個完全相同的圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,線圈間距等于線圈半徑(即)時,從磁感應強度分布曲線可以看出兩線圈圓心連線,
較大范圍內是均勻的,這樣一對線圈為亥姆霍茲線圈。如圖2所示。從分布曲線可以看出,在兩線圈中心連線一段均勻磁場。
根據霍爾效應知道,霍爾探頭放入磁場中時,運動電荷受到洛倫茲力作用,電流方向會發生偏離,產生電勢差,由電勢差的大小就可以測量磁場的大小。當亥姆霍茲線圈兩線圈通有方向一致的電流時,兩線圈形成磁場方向也一致,兩線圈之間形成均勻磁場,當然兩線圈通上相反方向電流,則其間的磁場可以互相抵消為零。

實驗內容及步驟
用連接線將磁電流輸出端連接到圓線圈1,霍爾傳感器探頭的信號線連接到測試架的四芯插座。
開機,在線圈磁場強度等于零的條件下,把特斯拉計調零,這樣就校準好了。
調節電流500mA,把開關調到零,調節電壓為0零,把開關調到正極,移動X方向導軌滑塊,以10mm為間隔距離測量單個線圈通電時軸線15到-15各點的磁感應強度,將數據記錄。
把開關調到零,調節電壓為零,再把開關調到負極,測量單個線圈的通電時軸線15到-15各點的磁感應強度。
同上串聯接入,測量出總的數據。

數據處理、誤差分析和實驗結論
1.載流原線圈中的磁場最大,越往兩側的磁場越小。亥姆霍茲線圈的兩個線圈中的是勻強磁場,越往兩側磁場越小。亥姆霍茲磁場的實驗值與理論值都很小。
2.誤差范圍在2.78%到-0.26%之內,因為誤差很小,所以證明了疊加原理是成立的。
3.空間中有磁場,受自身的電阻線路的影響。
實驗思考與建議
如果亥姆霍茲線圈的兩個圓線圈通以相反的電流,其磁場分布又將如何?
1.亥姆霍茲線圈由于特殊的幾何結構(間距等于半徑),中心處近乎均勻磁場若電流反向,中心處磁場為零,且不再均勻。

附錄:
(1)

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