作业帮亥姆霍兹线圈磁场分布的特点是什么
来源：学生作业帮 编辑：拍题作业网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/04/30 08:41:48
亥姆霍兹线圈磁场分布的特点是什么
首先看一个通电圆圈的磁场分布.根据毕奥-萨伐尔定律,通过积分运算得到；在过圆心而且垂直于线圈平面的轴线上,距离圆心X处,磁场大小为B=u*R2*I/2[R2+X2][3/2],其中I为电流大小,R为圆圈半径,u为一个常数.亥姆霍兹线圈是两个彼此平行且连通的共轴圆形线圈,他的磁场分布是两个通电圆圈磁场的叠加.半径和两个圆圈的距离不同,叠加的结果也不同.两个线圈之外是逐渐减弱的,但是两个线圈之间可能是中间最弱,也可以是中间最强,还可以是匀强磁场.
如果写实验报告可以如下写：
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
一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为
（1-1）
式中 为圆线圈的匝数,为轴上某一点到圆心O的距离.它的磁场分布图如图1-1所示.
（2）亥姆霍兹线圈
所谓亥姆霍兹线圈为两个相同线圈彼此平行且共轴,使线圈上通以同方向电流I,理论计算证明：线圈间距a等于线圈半径R时,两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的,如图1-2所示.
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位差,这一现象是霍尔于1879年首先发现,故称霍尔效应.电位差 称为霍尔电压.
如图3-1所示N型半导体,若在MN两端加上电压U,则有电流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.
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
实验内容
1.测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
接好电路.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Umax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
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Umax 值.记录数据并作出磁场分布曲线图.
如果写实验报告可以如下写：
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
一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为
（1-1）
式中 为圆线圈的匝数,为轴上某一点到圆心O的距离.它的磁场分布图如图1-1所示.
（2）亥姆霍兹线圈
所谓亥姆霍兹线圈为两个相同线圈彼此平行且共轴,使线圈上通以同方向电流I,理论计算证明：线圈间距a等于线圈半径R时,两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的,如图1-2所示.
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位差,这一现象是霍尔于1879年首先发现,故称霍尔效应.电位差 称为霍尔电压.
如图3-1所示N型半导体,若在MN两端加上电压U,则有电流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.
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
实验内容
1.测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
接好电路.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Umax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
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Umax 值.记录数据并作出磁场分布曲线图.