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

ID:654171 · 發表于 2020-6-9 10:57

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：