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亥姆霍兹线圈实验 测量载流圆线圈的磁场分布 验证矢量迭加原理

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ID:654171 发表于 2020-6-9 10:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
实验目的
1.学习测量载流圆线圈的磁场分布。
2.了解亥姆霍兹线圈磁场分布的特点。
3.验证矢量迭加原理。

实验仪器
名称
型号
三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪
FB520型

实验原理(注意:原理图、测试公式)
1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场
   (1)载流圆线圈磁场
根据毕奥-萨伐尔定律半径为,通以直流电流的圆线圈,其轴线上离原线圈中心距离为米处的磁感应强度的表达式为:

图一是单峰关于Y轴对称的曲线,两个完全相同的圆线圈彼此平行且共轴,通以同方向电流,线圈间距等于线圈半径(即)时,从磁感应强度分布曲线可以看出两线圈圆心连线,
较大范围内是均匀的,这样一对线圈为亥姆霍兹线圈。如图2所示。从分布曲线可以看出,在两线圈中心连线一段均匀磁场。
根据霍尔效应知道,霍尔探头放入磁场中时,运动电荷受到洛伦兹力作用,电流方向会发生偏离,产生电势差,由电势差的大小就可以测量磁场的大小。当亥姆霍兹线圈两线圈通有方向一致的电流时,两线圈形成磁场方向也一致,两线圈之间形成均匀磁场,当然两线圈通上相反方向电流,则其间的磁场可以互相抵消为零。

实验内容及步骤
用连接线将磁电流输出端连接到圆线圈1,霍尔传感器探头的信号线连接到测试架的四芯插座。
开机,在线圈磁场强度等于零的条件下,把特斯拉计调零,这样就校准好了。
调节电流500mA,把开关调到零,调节电压为0零,把开关调到正极,移动X方向导轨滑块,以10mm为间隔距离测量单个线圈通电时轴线15到-15各点的磁感应强度,将数据记录。
把开关调到零,调节电压为零,再把开关调到负极,测量单个线圈的通电时轴线15到-15各点的磁感应强度。
同上串联接入,测量出总的数据。

数据处理、误差分析和实验结论
1.载流原线圈中的磁场最大,越往两侧的磁场越小。亥姆霍兹线圈的两个线圈中的是匀强磁场,越往两侧磁场越小。亥姆霍兹磁场的实验值与理论值都很小。
2.误差范围在2.78%到-0.26%之内,因为误差很小,所以证明了叠加原理是成立的。
3.空间中有磁场,受自身的电阻线路的影响。
实验思考与建议
如果亥姆霍兹线圈的两个圆线圈通以相反的电流,其磁场分布又将如何?
1.亥姆霍兹线圈由于特殊的几何结构(间距等于半径),中心处近乎均匀磁场若电流反向,中心处磁场为零,且不再均匀。

附录:
(1)

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