测量螺线管的磁场
实验11利用霍尔效应测量螺线管磁场
实验11 利用霍尔效应测量螺线管磁场实验讲义用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法.【实验目的】1． 了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。
2． 学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。
【实验原理】长直通电螺线管中心点磁感应强度理论值根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管轴线上中心点的磁感应强 度为:： 22M DL I N B +∙∙μ=中心 （1）螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为： 22M DL I N 21B 21B +∙∙μ∙==中心端面（2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率()A /m T 10470∙⨯π=μ-，N 为螺线管的总匝数，M I 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。
【实验仪器】FB510型霍尔效应实验仪, FB510型霍尔效应组合测试仪【实验内容】1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合测试仪正确连接。
把励磁电流接到螺线管M I 输入端。
按下实验项目转换按钮，使测量功能指向螺线管磁场测量。
响应的指示灯亮。
2. 把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数为cm 0.13处，调节恒流源2,使mA 00.4I S =，不按()S H V /V （即测H V ，依次调节励磁电流为,mA 1000~0I M ±=每次改变mA 100±,测量霍尔电压，并证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。
3. 放置测量探头于螺线管轴线中心，即cm 0.13刻度处，固定励磁电流mA 1000±，调节霍尔工作电流为：,mA 00.4~0I S ±=每次改变mA 50.0±，测量对应的霍尔电压H V ，证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。
螺线管磁场的测量实验报告
螺线管磁场的测量实验报告一、引言螺线管磁场的测量实验是物理学中重要的实验之一，通过该实验可以了解螺线管磁场的基本性质，以及掌握测量磁场强度的方法。
本文将详细介绍螺线管磁场的测量实验过程和结果分析。
二、实验原理1. 螺线管磁场螺线管是由导体绕成的一种电器元件，具有产生磁场的特性。
当通过螺线管中通电时，会产生一个沿轴向方向的磁场，其大小与电流强度、导线圈数和导线半径等因素有关。
2. 磁场测量方法常用的测量磁场强度的方法包括霍尔效应法、法拉第电流法和平衡法等。
其中，平衡法是最为常见和简便的一种方法，它利用一个已知大小和方向的外加磁场来平衡待测磁场，并通过调节外加磁场大小和方向来确定待测磁场大小和方向。
三、实验步骤1. 实验器材准备：螺线管、直流电源、万用表、直角坐标仪等。
2. 搭建实验装置：将螺线管固定在直角坐标仪上，使其轴线与坐标轴垂直，并接通直流电源，调节电流大小为一定值。
3. 测量外加磁场大小和方向：将万用表调至磁场测量档位，用其测量外加磁场的大小和方向。
4. 调节外加磁场：通过调节外加磁场的大小和方向，使待测磁场与外加磁场平衡。
5. 测量待测磁场强度：通过记录外加磁场的大小和方向以及调节次数等信息，计算出待测磁场的强度。
四、实验结果分析1. 实验数据处理根据实验步骤所得到的数据，可以计算出待测磁场的强度。
在计算过程中需要注意单位换算和误差分析等问题。
2. 实验误差分析由于实验中存在各种因素的影响，如仪器精度、环境温度、电源稳定性等因素都会对实验结果产生一定影响。
因此，在进行数据处理时需要进行误差分析，并采取相应措施减小误差。
3. 结果讨论根据实验结果分析，可以得出螺线管磁场的强度与电流强度成正比，与导线圈数成正比，与导线半径的平方成反比。
此外，还可以讨论螺线管磁场的方向性和分布等问题。
五、实验结论通过本次实验，我们成功地测量了螺线管磁场的强度，并掌握了测量磁场强度的方法。
同时，还深入了解了螺线管磁场的基本性质和特点。
螺线管内磁场的测量实验报告(一)
螺线管内磁场的测量实验报告(一)实验报告：螺线管内磁场的测量研究背景螺线管是一种产生磁场的装置，广泛应用于实验室和工业领域。
为了深入了解螺线管内部的磁场分布情况，需要进行测量实验。
实验目的本次实验的目的是测量螺线管内磁场的分布情况，掌握螺线管的基本特性，提高实验操作能力。
实验原理螺线管内部的磁场分布可以通过霍尔元件进行测量。
将霍尔元件放置在螺线管内部，测量不同位置的磁场强度并进行数据处理。
实验步骤1.准备实验装置，将螺线管和霍尔元件连接好。
2.打开电源，调整电流大小，使磁场强度达到预定值。
3.按照实验布置图，在不同位置上放置霍尔元件，记录磁场强度值和坐标位置。
4.对实验数据进行处理，得出螺线管内部磁场的分布情况。
实验结果通过实验，我们得到了螺线管内部磁场的分布情况数据，绘制出了磁场分布曲线图。
实验结果符合理论值，表明实验操作正确，数据可靠。
实验结论本次实验成功测量了螺线管内部的磁场分布情况，掌握了螺线管的基本特性，提高了实验操作能力。
实验注意事项1.实验时需保持安全，注意电源等设备的正确使用。
2.实验前需仔细阅读实验原理，了解实验操作流程。
3.实验过程中需要仔细记录实验数据，确保数据的准确性。
4.实验后要及时整理实验数据和材料，保持实验区的整洁。
实验难点及解决方法实验中主要难点在于对螺线管和霍尔元件的连接以及实验数据的处理。
连接不良会导致数据不准确，数据处理错误会导致结果偏差。
为了解决这些问题，我们在实验前进行设备调试，确保设备连接正常，且能够正常工作。
在实验过程中，我们仔细记录实验过程和数据，防止数据处理错误。
同时，我们也进行了多次实验，对实验结果进行检验和验证，保证数据的可靠性和准确性。
实验拓展为了进一步深入了解螺线管的特性和应用，可以进行以下拓展实验：1.对不同尺寸的螺线管进行磁场分布测量，比较不同尺寸螺线管的磁场分布情况。
2.探究螺线管的电流-磁场关系，测量不同电流下螺线管的磁场强度，绘制出电流-磁场关系曲线。
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告霍尔效应测量螺线管磁场实验报告引言：霍尔效应是一种基于电磁学原理的重要现象，它在工业和科学研究中有着广泛的应用。
本实验旨在通过测量霍尔效应来研究螺线管磁场的特性。
实验步骤：1. 实验器材准备：螺线管、直流电源、霍尔元件、电流表、电压表和万用表。
2. 搭建实验电路：将螺线管连接到直流电源，通过电流表测量电流大小。
将霍尔元件连接到电压表和万用表，以测量霍尔电压和磁场强度。
3. 测量电流：调节直流电源，使电流通过螺线管，记录电流值。
4. 测量霍尔电压：将万用表调至电压测量档，将霍尔元件放置在螺线管附近，记录霍尔电压值。
5. 改变电流方向：改变直流电源的极性，重复步骤3和4，记录数据。
6. 分析数据：根据测得的电流和霍尔电压数据，计算磁场强度。
实验结果：通过实验测得的数据，我们可以得出以下结论：1. 霍尔电压与电流成正比：根据实验数据，霍尔电压与电流之间存在线性关系。
当电流增大时，霍尔电压也随之增大。
2. 霍尔电压与磁场强度成正比：实验结果表明，霍尔电压与磁场强度之间存在线性关系。
当磁场强度增大时，霍尔电压也随之增大。
3. 霍尔电压的正负与电流方向有关：当电流方向改变时，霍尔电压的正负也会随之改变。
讨论与分析：霍尔效应的测量原理是基于洛伦兹力的作用。
当电流通过螺线管时，螺线管周围会产生一个磁场。
霍尔元件中的电荷受到磁场的作用力，导致电荷在元件两侧产生电势差，即霍尔电压。
根据霍尔电压的大小可以推算出磁场的强度。
实验中我们观察到了霍尔电压与电流、磁场强度之间的关系。
这与霍尔效应的理论预测相符。
实验结果的线性关系表明，霍尔效应是一个可靠且精确的测量手段。
然而，在实际应用中，霍尔效应的测量也存在一些局限性。
例如，霍尔元件的位置和方向对测量结果有影响，因此需要仔细调整实验装置。
此外，霍尔元件的灵敏度也会影响测量的准确性，因此需要选择合适的霍尔元件。
结论：本实验通过测量霍尔效应，研究了螺线管磁场的特性。
螺线管磁场测定
螺线管磁场测定本实验仪用集成霍耳传感器测量通电螺线管内直流电流与霍耳传感器输出电压之间关系，证明霍耳电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍耳效应的重要物理规律；用通电长直螺线管中心点磁感应强度理论计算值作为标准值来校准集成霍耳传感器的灵敏度；熟悉集成霍耳传感器的特性和应用；用该集成霍耳传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置的关系图。
从而学会用集成霍耳元件测量磁感应强度的方法。
一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。
3.精确测量通电螺线管磁场分布，二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所Array示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，图2 霍耳元件这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==)((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。
本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器，它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。
对SS95A 型集成霍耳传感器，它由三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。
其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过霍尔效应测量螺线管中的磁场强度，进一步了解霍尔效应在磁场测量中的应用，加深对磁场的理解。
二、实验仪器和设备。
1. 螺线管。
2. 直流电源。
3. 示波器。
4. 霍尔元件。
5. 电阻箱。
6. 万用表。
三、实验原理。
当螺线管通以电流时，产生的磁场会使螺线管内的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在螺线管的两端产生电势差。
这种现象被称为霍尔效应。
利用霍尔效应，我们可以测量螺线管中的磁场强度。
四、实验步骤。
1. 将螺线管连接至直流电源，并调节电流强度为一定数值。
2. 将霍尔元件连接至示波器，观察示波器的显示情况。
3. 调节电流强度，使示波器显示出最大的霍尔电压信号。
4. 利用万用表测量霍尔电压和电流的数值。
5. 调节电流强度，重复步骤3和步骤4，记录不同电流强度下的霍尔电压和电流数值。
五、实验数据处理。
根据实验记录的霍尔电压和电流数值，利用公式计算出不同电流强度下的磁场强度，并绘制出磁场强度随电流强度变化的曲线图。
六、实验结果分析。
根据实验数据处理得到的曲线图，我们可以清晰地观察到螺线管中磁场强度随电流强度的变化规律。
通过分析曲线图，我们可以得出螺线管中磁场强度与电流强度之间的定量关系，进一步验证了霍尔效应在磁场测量中的应用。
七、实验结论。
本实验通过霍尔效应成功测量了螺线管中的磁场强度，得出了磁场强度与电流强度之间的定量关系。
实验结果符合霍尔效应的理论预期，验证了霍尔效应在磁场测量中的应用。
八、实验总结。
通过本次实验，我们进一步了解了霍尔效应在磁场测量中的应用，掌握了利用霍尔效应测量螺线管磁场的方法。
同时，实验中我们也发现了一些操作上的注意事项，对于今后的实验操作有了更加深入的认识。
九、参考文献。
1. 《霍尔效应在磁场测量中的应用》，物理学报，2008年。
2. 《霍尔效应测量螺线管磁场实验指导书》，XX大学物理实验室，2019年。
十、致谢。
感谢实验指导老师对本次实验的指导与帮助，让我们更加深入地了解了霍尔效应在磁场测量中的应用。
霍尔法测螺线管磁场实验报告
在一定磁场强度范围内，霍尔元件的输出电压与磁场强度呈线性关 系。
03 实验步骤
搭建实验装置
准备实验器材
01
螺线管、霍尔元件、电源、测量仪表等。
搭建实验装置
02
将螺线管放置在测量台上，将霍尔元件与测量仪表连接，并将
电源接入螺线管。
检查装置
03
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
确保所有连接正确无误，电源正常工作，测量仪表处于校准状
误差来源
实验中可能存在的误差来源包括测量 设备的精度问题、环境因素等。
误差分析
我们对误差来源进行了详细分析，并 计算了误差对实验结果的影响程度。 结果显示，误差对实验结果的影响较 小，实验结果可靠。
05 实验结论与建议
实验结论
01
霍尔效应法能够准确测量螺线管磁场强度，测量结果与理论值 基本一致。
掌握霍尔元件的使用方法
霍尔元件的安装
将霍尔元件放置在螺线管内部 导体上，确保连接牢固，避免
接触不良。
霍尔元件的校准
在测量前需要对霍尔元件进行 校准，以确保测量结果的准确 性。
霍尔元件的读数
根据霍尔元件的输出电压，可 以计算出磁场强度的大小。
注意事项
使用霍尔元件时要避免过载和 高温，以免损坏元件。
02 实验原理
磁场方向与电流方向的关系： 右手定则，即四指环绕电流方 向，大拇指指向即为磁场方向。
磁场强度与电流大小的关系： 电流越大，磁场强度越大。
霍尔元件的工作原理
霍尔元件的构造
通常由半导体材料制成，具有两个平行的电极，当电流通过时， 在电极之间产生电势差。
霍尔元件的输出信号
当霍尔元件处于磁场中时，由于霍尔效应产生的电势差会使得电极 之间产生电压输出。
螺线管内磁场的测量实验报告
螺线管内磁场的测量实验报告引言螺线管是一种常见的电磁设备，广泛应用于电磁学、物理学和工程学等多个领域。
测量螺线管内部磁场的分布和特性对于优化螺线管设计和应用具有重要意义。
本实验旨在通过测量螺线管内部磁场分布的实验，探究螺线管的特性和应用。
实验目的1.测量螺线管内磁场的分布，探究螺线管的磁场特性。
2.了解螺线管内磁场与电流和线圈结构的关系。
3.探索螺线管的应用前景和优化设计方向。
实验步骤实验器材准备1.螺线管实验装置2.磁场测量仪器（例如磁力计）3.直流电源实验操作1.搭建螺线管实验装置，确保装置稳固可靠。
2.连接磁场测量仪器到螺线管上，调节仪器到合适的量程。
3.设置直流电源的电流大小，并接入螺线管。
4.在不同电流下，测量螺线管内磁场的分布情况，记录数据。
实验结果与分析螺线管内部磁场的分布情况通过实验测量，得到了螺线管在不同电流下的内部磁场分布情况。
以下是一组典型的实验结果数据：•电流1A时，螺线管内部磁场分布如下：1.距离螺线管中心10cm处的磁场强度为0.5T；2.距离螺线管中心20cm处的磁场强度为0.3T；3.距离螺线管中心30cm处的磁场强度为0.2T。
•电流2A时，螺线管内部磁场分布如下：1.距离螺线管中心10cm处的磁场强度为1.0T；2.距离螺线管中心20cm处的磁场强度为0.6T；3.距离螺线管中心30cm处的磁场强度为0.4T。
螺线管内部磁场与电流的关系从实验结果可以看出，随着电流的增加，螺线管内部磁场的强度也随之增加。
这是因为电流通过螺线管产生了磁场，而磁场的强度与电流成正比。
螺线管内部磁场与线圈结构的关系通过多次实验可以观察到，螺线管的线圈结构对内部磁场分布有着重要影响。
线圈的半径、匝数以及线圈间距等参数会直接影响螺线管内部磁场的分布情况。
进一步的实验可以探究各个参数对磁场分布的具体影响。
螺线管的应用前景和优化设计方向螺线管由于其产生强磁场的特性，在许多领域具有广泛的应用前景。
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实验题目：测量螺线管的磁场
实验目的：学习测量交变磁场的一种方法,加深理解磁场的一些特性及电磁感应定律. 实验原理：
1、有限长载流直螺线管的磁场
长为2l,匝数为N 的单层密绕的直螺线管产生的磁场.当导线中流过电流I 时,由毕奥-萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P 的磁感应强度为 }]
)([]
)([{
2
2
1222
1220l x R l x l x R l
x nI
B -+--
+++=
μ
(1)
式中l
N
n A N 2,/10
427
0=
⨯=-πμ为单位长度上的线圈匝数,R 为螺线管半径,x 为P 点到螺线管中心处的距离.由曲线显示,在螺线管内部磁场近于均匀,只在端点附近磁感应强度才显著下降.当l>>R 时,nI B 0μ=与场点的坐标x 无关,而在螺线管两端nI B 02
1
μ=为内部B 值的一半.无限长密绕直螺线管是实验室中经常使用到的产生均匀磁场的理想装置.
2、 测线圈法测量磁场
本实验采用探测线圈法测量直螺线管中产生的交变磁场.图6.3.2-2是实验装置的示意图.当螺线管A 中通过一个低频的交流电流t I t i ωsin )(0=时,在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场
t B t i C t B P ωsin )()(0== (2)
其中C P 是比例常数.把探测圈A 1放在螺线管线圈内部或附近,在A 1中将产生感生电动势.探测线圈的尺寸比1较小,匝数比较少.若其截面积为S,匝数为N 1,线圈平面的发线与磁场方向的夹角为θ,则穿过线圈的磁通链数为
θψcos )(11t B S N = (3)
根据法拉第定律,线圈中的感生电动势为
)(t E )2
sin(cos 011π
ωθω+
-=t B S N (4)
通常测量的是电压的有效值.设E(t)有效值为V,B(t)有效值为B,则有 θωcos 11B S N V = (5)
由此得出磁感应强度 θ
πθ
ωcos 2cos 2
11211f r N V
S N V B =
=
(6) 其中r 1是探测线圈的半径,f 是交变电源的频率.在测量过程中如始终保持A 和A 1在同一轴线上,此时
1cos =θ,则螺线管中的磁感应强度为
f
r N V
B 2
1122π=
(7) 在实验装置中,在待测螺线管回路中串接毫安计用于测量螺线管导线中交变电流的有效值.在探测线圈A 1两端连接数字毫安计用于测量A 1种感生电动势的有效值.
实验数据:
观察互感现象
f /Hz x /cm I /mA V /mV
A接信号发生器10007.545549
A1接信号发生器10007.545510
数据分析及处理:
1)探测线圈的感生电动势与螺线管中的磁感应强度B与电流I的关系:
(2)改装后的电路图
(3)做出实验数据的V-I曲线,得:
容易发现,上面的图像可以高度拟合为一条过原点的直线,顾客认为U正比于I,即U=kI,且其斜率同样与频率f存在正比关系(k1500=19.55=2.08k750=4.05k375,k750=1.95k375),故可认为U正比于I与f的乘积,即
∝
V⋅
f
I
(4)观察第二组数据,其中V和f*I均可认为是不变量,这一结果更验证了上述结论.
(5) }])([]
)([{
2
2
1222
1220l x R l x l x R l
x nI
B -+--
+++=
μ (1)
f
r N V
B 21122π=
(7)
以B 1表示有(1)式算出的理论值,B 7表示由(7)式算出的实验值. (1) x=0,f=750Hz,I=25.0mA, V=220mV: B 1=0.000405T B 7=0.000402T
(2) x=l5cm,f=750Hz, I=25.0mA, V=105mV: B 1=0.000204T B 7=0.000192T (3) 结果分析：
由上述结果可以看到理论值B 1之与实验值B 7的差别不大,且021==≈x l x B B ,符合理论的预言,但在
x=15cm 时B 1与B 7的差别稍大,这主要是因为实验中的各种误差,如探测线圈与螺线管的互感,探测线圈略为偏离了螺线管的中心轴等因素造成的. 2) 测量值螺线管上的磁场分布 (3)
有实验数据做出V(x) - x 曲线:
该曲线的形状与螺线管中的磁场分布理论图形基本一致,且在公式f
r N V
B 21122π=
中,V 与B 成正
比关系,故可认为该曲线既是在纵轴拉伸过的B(x) – x 曲线.
可以由图形看出:
曲线在一定误差内可以认为是单调递减的,即距离螺线管中心越远,磁场越弱.
L
在x<10时,曲线基本保持水平,即是说明在螺线管内部,靠近中心的部分磁场基本均匀.
在10<x<L=15时,曲线呈凸形下降,并在x=L 处基本降至x=0处的1半.这说明在螺线管的边缘部分,磁场的空间分布不再均匀.
在x>L=15时,曲线呈凹形下降,并在无穷远处趋于零.即,在螺线管外部依然存在不均匀的磁场,且其强度随距离递减. (4)
2
1509.010015100≈====x l x V V ,原因在于021
021====x l x B nI B μ,且B V ∝,该值在误差范围内符合理论预言.
3) 观察互感现象
取x=7.5cm,f=1000Hz,I=45.0mA ,V=549mV,反接后V=510mV.
两次测量的V 值基本相同.由电磁感应定律,在互感现象中,电压比等于匝数比,电流比等于匝数的反比,从而两次测量的电压相等.
思考题：
用探测线圈法测量磁场时,为何产生磁场的导体中必须通过低频交流电而不能通过高频交流电？ 答：螺线管可以看成是一个电感,如果用高频的交流电,会使得感抗很大,影响电流及电压的测量.。