亥姆霍兹线圈实验报告【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-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N为圆线圈的匝数，X0圈伯 单个诚环线圈確坳分布^1-2 A姆崔兹线圈磁场分布为轴上某一点到圆心O的 距离■■ ■■ 工 r 它的磁场散布图如图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)周围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U称为霍尔电压H -$平面/如图3-1所示N型半导体，若 在MN两头加上电压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F的作用而偏移、聚集B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E （此电场称之为霍尔电场）。
H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使劲这二种达到平衡时，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UH（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二nevbd霍尔电压U =IB/ned=R IB/d=K IBH H H式中霍尔系数R=l/ne,单位为m3/c；霍尔灵敏度K二R/d,单位为mV/mAH H H由此可见，使I为常数时，有U二KIB =kB,通过测量霍尔电压U,就H H 0 H可计算出未知磁场强度B本实验利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份组成它们别离为励磁线圈架部份（见图〈一〉） 和磁场量仪器部份（见图〈二〉）图（;•茨姆A必:线圈架部分HZDH杭州大华DH4501A衮兹霍姆线圈鑫场实脸役杭艸I大华仪器制遁T7限 公司图〈二〉4501A型亥姆霍兹线圈磁场实验仪面板亥姆霍兹线圈架:二个励磁线圈:线圈有效半径 105mm二线圈中心间距105mm 测量磁场传感器：4501A利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散布接好电路开机预热5分钟，调零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，测量进程中注意维持励磁电流值不变，记录数据并作出磁场散布曲 线图2•测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的散布关闭电源，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散布曲线图数 据处 置】4现~~耐"加7彷盹吗f 1 Z 嚮lls聴 邮舛购财■妙眩 "一砂妙甌M 7" M怕松訴眦甦曲血珂甘*灯肿尹7帮盘织爲丘£漏购观目趣—应册邙*"--0.51009080706050403020100102030405060708090100亥姆霍兹548609670723768804829 843 850姆霍黔5855849842829805773729678619557373545419010.58610040.40.6 m圆线圈0.580.560.540.520.480.460.440.42100959085807570 6560 5550454035302520151050440461480501519540554 567圆3线圈3588584577569557545527507484460441 圆线圈思考讨论】1．单线圈轴线上磁场的散布规律如何？亥姆霍兹线圈是如何组成的？其大体条件有哪些？它的磁场散布特点又如何？答：呈正态散布，两个相同的圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流 理论被骗线圈间距等于线圈半径时，两线圈合磁场在轴线是周围是均匀的， 然后逐渐减小。
2．分析用霍尔效应测量磁场时，当流过线圈中的电流为零时，显示的磁 场值不为零？答：由于有地磁场和大楼建筑等因素的影响，当亥姆霍兹线圈没有电流 流过时，显示值也不为零3．分析磁场散布的对应位置测量有值误差的产生原因？ 答：（1）数据有波动，没有等数据稳定再读数，（2）实验进程中触碰 着导线，影响了电流大小。