亥姆霍兹线圈模板.docx
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亥姆霍兹线圈模板
南昌大学物理实验报告
实验名称：
亥姆霍兹线圈磁场
学院：
资源环境与化工学院
专业班级过控151
学生姓名：
吴东亮学号：
5801415020
实验地点：
基础实验大楼座位号：
42
实验时间：
第9周星期一上午10点开始
1、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。
2、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
B=μ0N0IR2/2（R2+x2）3/2
式中μ0=4π×10-7H/m为真空磁导率，R为线圈的平均半径，N0为圆线圈的匝数，I为通过线圈的电流，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）附近较大范围内是均匀的，如图
（2）所示
（1）
（2）
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，这一现象称为霍尔效应。
电势差UH称为霍尔电压。
如课本图25-5所示n型半导体，若电流I沿X轴方向流动（有速度为V运动的电子），此时在Z轴方向加以强度为B的磁场后，运动着的电子受洛伦兹力FB的作用而偏移、聚集在S平面；同时随着电子的向S平面（下平面）偏移和聚集，在P平面（上平面）出现等量的正电荷，结果在上下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下偏移。
当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力这二种达到平衡时，就不能向下偏移。
此时在上下平面（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，宽为b，厚为d，载流子浓度为n，载流子速度v，则与通过材料的电流I有如下关系：
I=nevbd
霍尔电压UH=IB/ned=RHIB/d=KHIB
式中霍尔系数RH=1/ne，单位为m3/c；霍尔灵敏度KH=RH/d，单位为mV/mA
由此可见，使I为常数时，有UH=KHIB=k0B，通过测量霍尔电压UH，就可计算出未知磁场强度B。
本实验使用的仪器用集成霍尔元件，已经与显示模块联调，直接显示磁场强度。
3、实验仪器：
亥姆霍兹实验仪由二部分组成。
它们分别为励磁线圈架部分磁场测量仪器部分
亥姆霍兹线圈架：
二个励磁线圈：
线圈有效半径105mm
线圈匝数500匝
二线圈中心间距105mm
测量磁场传感器：
4501A使用霍尔元件测量磁场。
移动装置：
横向可移动距离150mm，纵向可移动距离50mm，距离分辨力0.5mm
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，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10.0mm测一个Bm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）关掉电源，把磁场实验仪的两组线圈串联起来（注意极性不要接反），接到磁场测试仪的输出端钮，调零。
（2）调节磁场测试仪的输出功率，使励磁电流有效值仍为I＝200mA。
以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点，每隔10.0mm测一个Bm值。
记录数据并作出磁场分布曲线图。
5、实验数据与处理：
1、亥姆霍兹线圈（注：
B/mT为实验值，Bm/mT为理论值，
理论值公式：
）
轴向距离x/mm
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
B/mT
0.454
0.512
0.572
0.636
0.681
0.720
0.749
0.763
0.780
0.786
0.789
0.790
Bm/mT
0.491
0.554
0.617
0.680
0.738
0.787
0.825
0.852
0.868
0.877
0.880
0.882
B-Bm/mT
-0.037
-0.042
-0.045
-0.044
-0.057
-0.067
-0.076
-0.089
-0.088
-0.091
-0.091
-0.092
轴向距离x/mm
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
B/mT
0.788
0.787
0.781
0.768
0.745
0.715
0.672
0.626
0.570
0.510
0.455
Bm/mT
0.880
0.877
0.868
0.852
0.825
0.787
0.738
0.680
0.617
0.554
0.491
B-Bm/mT
-0.092
-0.090
-0.087
-0.084
-0.080
-0.072
-0.066
-0.054
-0.047
-0.044
-0.036
2、右线圈（注：
B/mT为实验值，Bm/mT为理论值，理论值公式：
）
轴向距离x/mm
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-110
B/mT
0.365
0.408
0.453
0.488
0.522
0.545
0.553
0.549
0.544
0.511
0.474
0.430
0.376
Bm/mT
0.392
0.441
0.488
0.532
0.567
0.590
0.598
0.590
0.567
0.532
0.488
0.441
0.392
B-Bm/mT
-0.027
-0.033
-0.035
-0.044
-0.045
-0.045
-0.045
-0.041
-0.023
-0.021
-0.014
-0.011
-0.016
6、误差分析：
1.测试时，没有保持电流为200mA
2.实验前没有调零
3.地磁场和大楼建筑等影响
七、附上原始数据：
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