螺线管内磁场的测量
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。
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”。
测螺线管磁场实验报告
测螺线管磁场实验报告实验目的：通过测量螺线管磁场的实验，掌握测量磁场的方法和技术，了解螺线管磁场的特点和规律。
实验仪器：螺线管、直流电源、电流表、万用表、磁场探测器、导线等。
实验原理：当直流电流通过螺线管时，会在螺线管周围产生磁场，其磁感应强度与电流强度成正比。
螺线管的磁场是一种特殊的磁场，其磁感应线呈螺旋状分布。
实验步骤：1. 将螺线管竖直放置在实验台上，接通直流电源，调节电流大小，使螺线管中心处的磁感应强度为所需数值。
2. 用磁场探测器在螺线管周围进行磁场测量，记录下各点的磁感应强度。
3. 根据实验数据，绘制出螺线管磁场的磁感应线分布图。
实验结果与分析：通过实验数据处理和分析，我们得到了螺线管磁场的磁感应线分布图。
从图中可以看出，螺线管的磁场呈螺旋状分布，磁感应线密集的区域对应着磁场强度较大的区域，而疏松的区域对应着磁场强度较小的区域。
这与螺线管磁场的特点相符合。
实验结论：通过本次实验，我们掌握了测量螺线管磁场的方法和技术，了解了螺线管磁场的特点和规律。
螺线管的磁场呈螺旋状分布，磁感应线密集的区域对应着磁场强度较大的区域，而疏松的区域对应着磁场强度较小的区域。
实验中还发现，调节电流大小可以改变螺线管磁场的磁感应强度，这为我们进一步研究磁场的特性和应用提供了重要的实验基础。
总结：本次实验使我们对螺线管磁场有了更深入的了解，同时也提高了我们的实验操作能力和数据处理能力。
通过实验，我们不仅掌握了测量磁场的方法和技术，还对螺线管磁场的特点和规律有了更清晰的认识。
希望通过今后的实验学习，能够进一步深化对磁场的理解，为今后的学习和科研打下坚实的基础。
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。
用冲击电流计测螺线管内的磁场分布
图 9-1 直螺线管剖面图实验九 用冲击电流计测螺线管内的磁场分布【实验目的】1、了解冲击电流计的工作原理，并掌握其使用方法。
2、学会用冲击法测定螺线管内轴向磁场分布。
【实验仪器】电阻箱、冲击电流计、待测螺线管、标准互感器、直流电源、开关与导线等 【实验原理】1、长直螺线管的磁场如图9-1所示，设螺线管长度为 ，半径为r 0( >> r 0），上面均匀地密绕有N 匝线圈，放在磁导率为μ的磁介质中，当线圈通过电流I 时，磁场分布主要集中在螺线管内部空间，而且在轴线附近磁力线分布近似均匀且平行，在外部空间磁场则很弱。
由毕奥一萨伐尔定律可以得到螺线管轴线上距中心O 点X 处的磁感应强度为：)cos (cos 221ββμ-NI=B X(9-1)当x=0时（即在螺线管中点）12βπβ-= 221)2()2(2cos D L L+=β∴220100cos DL NInI B +==μβμ ∵n=N/L （9-2）2、冲击电流计的构造及测量原理DQ-3冲击电流计如图9-2所示，用于测量短时间脉冲电流迁移的电荷量，数据自动保持，3位半LED 数显，可以用于测量电容、高电阻、磁通量等物理量，替代墙式冲击电流计。
仪器有(19.99与199.9)×l0-8库仑二个量程量程范围：0～200nC ；0～20nC 分辨率：10-10C ；10-11C ， 精度：±5%+2注意：（1）输入端不得加大于50V 的电压、大于40mA 的稳恒电流；（2）限于测量单次回零脉冲量图9-2 DQ-3冲击电流计3、用冲击电流计测定螺线管内轴向磁感应强度测量电路如图9-3所示，图中N 2为探测线圈，它紧套在螺线管N 1上，可左右移动。
当螺线管有电流流过时，使产生磁场，我们认为在螺线管内某截面上的磁感应强度是相等的，其大小为B ，方向沿轴向。
设螺线管截面积为S ，探测线圈的匝数为N 2，则通过探测线圈的磁通量为Φ0=BN 2S 。
霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管线圈内的磁场
霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管线圈内的磁场霍尔效应是一种基于磁场和电场相互作用的物理现象，它可用于测量导体片中的电子浓度、电荷密度和磁场强度等参数。
在实际应用中，霍尔效应主要用于测量磁场强度，特别是在研究电流传输和电子器件中的磁场分布时。
常用的测量方法是通过将霍尔片置于磁场中，测量霍尔电压的大小和方向来确定磁场强度及其方向。
在测量螺线管线圈内的磁场时，最常用的方法是采用霍尔效应法。
测量时，将一个霍尔片置于螺线管线圈的中心，使其与磁场垂直。
当螺线管中有电流流过时，会产生一个稳定的磁场，霍尔片中的电子受磁场作用会分布在霍尔片表面，从而形成一个电荷层。
由于霍尔片的电阻极小，因此当磁场作用在电子上时，电子在霍尔片内部形成的电场可以产生一个微小的电压，即霍尔电压。
霍尔电压的大小与磁场强度成正比，并且具有极高的精度和稳定性，因此可以用来测量螺线管线圈内的磁场强度及其方向。
在实际应用中，霍尔效应法的测量精度受到许多因素的影响，例如霍尔片的材料、尺寸和温度等因素，以及测量电路的噪声和干扰等因素。
因此，在进行霍尔效应法测量时，需要采取一系列的措施来减小误差，提高测量精度。
一些工业和科研领域使用螺线管制造强磁场，例如MRI设备，核磁共振仪器以及磁力计等。
在这些设备中，螺线管的磁场强度和分布对设备的性能和精度有着重要的影响。
因此，对螺线管中磁场的测量具有重要的意义。
在螺线管中测量磁场时，使用霍尔效应法具有许多优点，例如测量精度高、对磁场分布的敏感性强、不需要接触对象、测量过程简便等。
但是，在实际应用中还需要考虑到许多不同的因素，例如霍尔片的选取、测量电路的搭建、磁场的影响等。
只有在全面考虑这些因素的情况下，才能够保证测量结果的准确性和可靠性。
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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实验九螺线管内磁场的测量在工业、国防和科学研究中经常要对磁场进行测量例如在粒子回旋加速器、受控热核反应、同位素分离、地球资源探测、地震预测和磁性材料研究等方面。
测量磁场的方法较多从测量原理上大体可以分为五类力和力矩法、电磁感应法、磁传输效应法、能量损耗法、基于量子状态变化的磁共振法。
常用的测量方法主要有冲击电流计法霍尔元件法、核磁共振法和天平法。
练习一用冲击电流计法测量螺线管内磁场【实验目的】1学习用冲击法测量磁感应强度的原理和方法2学会使用冲击电流计3研究长直螺线管内轴线上的磁场分布4对比螺线管轴线上磁场的测量值与理论值加深对毕奥萨伐尔定律的理解。
【实验仪器】冲击电流计、螺线管磁场测量仪、直流电源、直流电流表、电阻箱、滑线变阻器。
【实验原理】1. 长直螺线管轴线上的磁场如图5.9.1所示设螺线管长为L半径为r0表面均匀地绕有N匝线圈放在磁导率为μ的磁介质中并通以电流I。
如果在螺线管上取一小段线圈dL则可看作是通过电流为INdL/L的圆形载流线圈。
由毕奥萨伐尔定律得到在螺线管轴线上距离中心O为x的P点产生的磁感应强度dBx 为3202rrLINdLdBx 5.9.1 图5.9.1长直螺线管轴的结构图OP2LLx0r21dLdBxrd 由图5.9.1可知0sinrrsinrddL代入式5.9.1得到dLμINdBxsin2 5.9.2 因为螺线管的各小段在P点的磁感应强度方向均沿轴线向左故整个螺线管在P点产生的磁感应强度21coscos2sin22121LNIdLNIdBBx 5.9.3 由图5.9.1可知5.9.3式还可以表示为212022*********rxLxLrxLxLLNIBx 5.9.4 令x0得到螺线管中点O的磁感应强度2120204rLNIB 5.9.5 令xL/2得到螺线管两端面中心点的感应强度2122202LNIBLr 5.9.6 当L≥r0时由式5.9.5和式5.9.6可知BL/2≈B0/2。
只要螺线管的比值L/r0保持不变则不论螺线管放大或缩小也不论线圈的匝数N 和电流I为多少磁感应强度相对值沿螺线管轴的分布曲线不改变。
2. 用冲击电流计测量磁场的原理如图5.9.2所示设探测线圈匝数为n平均截面为S线圈的法线与磁场方向一致当K1倒向一边使螺线管中通过电流的I。
当K1突然断开时螺线管内的磁通突然改变探测线圈中的感应电流i通过冲击电流计G若测出在短时间内的脉冲电流所迁移的电量就可求得该点的Bx值。
由法拉第电磁感应定律可知在探测回路中产生感应电动势ddt 5.9.7 设探测回路的总电阻为R则通过冲击电流计的瞬时感应电流为1diRdt 5.9.8 图5.9.2测量螺线管内磁场电路图GA-1R2RgR1KER在磁通变化的时间内通过冲击电流计的总电量0000111dQidtdtdRdtRR 5.9.9 实验时把通过螺线管的电流由I突变为0即把K1断开使磁通量发生改变则有0t时0xBnSt0代入5.9.9式有xBnSQR 5.9.10 因此只需测量出R及Q就可以算出Bx。
Q值可以通过DQ-3/4型智能冲击电流计直接测出为了测出探测回路的总电阻为R使用图5.9.3中的标准互感器M为互感系数来测定仪器将标准互感器的次级线圈串联在探测回路中以保证测量R与Bx时探测回路的电阻值一样。
当标准互感器的初级线圈上有dI的电流变化时则在次级线圈上产生感应电动势ddIMdtdt 5.9.11 次级线圈回路中的感应电流为MdIiRRdt 5.9.12 如果K断开初级回路中电流从I0突变为0则在次级回路中通过的总电量为00000MIMdIMMQidtdtdIIRdtRR 5.9.13 则探测回路的总电阻R为MQMIR0 5.9.14 把5.9.14式代入5.9.10式得到0xMMIQBnSQ 5.9.15 【实验装置】图5.9.3测定内阻的电路图G互感器LR1243输入电流RgR2K2 【实验内容和步骤】1. 测量探测回路的总电阻1参考5.9.4图对实验仪器进行正确连线1K断开。
滑线变阻器调到最大值并将设置好合适的电源输出电压和电流表量程。
将开关K2倒向一边接通电源逐渐减小电阻值使流过互感器的初级线圈的电流达到参考值I0。
2合上K3。
I0取4个不同的值对每一个I0待电流稳定后断开K2测量并记录电量QMi如此反复测量4次最后取其平均值。
利用5.9.14式计算总电阻R值。
2. 测量螺线管内的磁感应强度1参考5.9.4图进行正确连线将I0的电流输入电路连接到K1上。
选择并固定激励电流I改变探测线圈在螺线管内的位置合上K3断开K1测量并记录电量Q 如此反复测量4次最后取其平均值。
2用5.9.15式计算螺线管的磁感应强度Bx。
3. 计算理B与E 理B由5.9.4式计算其中参数由实验室提供。
误差E的计算如下100理理测BBBE 4. 以B为纵坐标x为横坐标在同一坐标系中画出xBx 理与xBx测的分布曲线并对误差进行合理分析。
【思考题】1如果图5.9.3中次级回路总电阻与探测回路总电阻不一致会对磁场的测量结果产电流计A0II探测线圈参数线径0.08mm 圈数860匝外径8mm内径4mm长度5mmRn60.8Ω磁通面积46.04mm2注虚线已连接3K1L2LK2K1图5.9.4 HL-III型螺线管磁场测定仪电路图生什么样的影响2流经探测线圈的电流如果过大则会对探测线圈产生什么影响3测量完次级回路总电阻R之后如果直接将电源电压调节到20.0V进行磁场测量而不是对电流表的量程进行调节会对电流表产生什么影响4本实验中导致实验误差有哪些因素怎样减小实验误差【注意事项】1冲击电流计输入端所加电压不能大于50V 或电流不能40mA 2初级回路的电流切记不可直接输入次级回路中3换向开关在改变磁通时“断开”应相当迅速但不能用力过猛4DQ-3/4只适应测量单次回零脉冲量。
【附录】DQ-3/4智能冲击电流计冲击电流计主要用于测量短时间放电脉冲所迁移的电量可用来测量与此相关的物理量如电容器的电容、电感量和磁感应强度等。
该仪器用5位半LED 数码管显示测量结果数据自动保持直至被下一次的测量数据自动取代量程有两档Ⅰ.199.99×10-9库仑Ⅱ.1999.9×10-9库仑。
使用方法如下1接通电源开关数码管亮预热15分钟2拨动“量程选择“选择合适的量程3“调零开关”拨向“调零”旋动调零旋钮使显示为零或最接近零的数4由“调零开关”拨向“测量”仪器处于待测状态5如果测量数据多次无变化则可能死机关闭电源重新启动即可。
6若显示“ERROR”则仪器过载应更换大档量并重新调零或减小电路中的电压及电流使实验正常进行。
7当冲击电量较小显示约在±60 nC 以内时误差相对变大这时应更换小档量并重新调零同时增大电路中的电压及电流使实验正常进行。
练习二用感应法测量螺线管内磁场【实验目的】1了解用交变感应法测量磁场的原理2学会测量交变磁场的一种方法3学会使用低频信号发生器和晶体管毫伏表。
【实验仪器】螺线管磁场测试仪、低频信号发生器、晶体管毫伏表、电阻箱。
【实验原理】稳恒的电流产生稳定的磁场而交变电流产生的磁场则是随时间变化的。
当载流导线中通以交变电流时其周围的空间将产生交变磁场。
如果在被测磁场的位置安放一小探测线圈则因穿过它的磁通量发生变化探测线圈将产生感应电动势。
如果交变电流的频率较低则探测回路的感抗较小这时探测回路的阻抗可近似为探测线圈的电阻。
测量出探测线圈的感应电动势的大小就可以确定该处磁场的大小和方向。
因此感应法测磁场的核心是设计一个长度L和外径d比值合理的圆柱形探测线圈使得探测线圈内的平均磁感应强度等于中心点的磁感应强度以确保感应电动势的大小仅由此线圈中心磁感应强度的变化来决定。
如果有一圆线圈通以均匀交变电流tIImsin 5.9.16 按照毕奥–萨伐尔定律在其周围空间任意一点P激发的磁感应强度Bt均正比于电流It即有tBtCItCItBmmsinsin 5.9.17 式中C为比例常数ω是交变电流的角频率Im、Bm称为交变电流和磁感应强度的幅值。
在交变磁场中放入一较小的探测线圈T其法线方向与磁感应强度B之间的夹角为θ如图5.9.5所示。
T的面积和匝数分别为S和n则通过T的总磁通量为tSnBBSnnmsincos 5.9.18 由法拉第定律可知T内将产生感应电动势其大小为ttBnSdtdnmmcoscoscos 5.9.19 式中cosmmBnS是感应电动势的幅值其值可用交流电压表测量。
实验中使用内阻高达1MΩ的电子毫伏表测量仅几毫伏的感应电动势所以在探测线圈内产生的电流只有10-310-2微安。
由于该电流产生的磁场非常弱不会对被测量的磁场造成干扰。
只要测量仪表有较高的准确度利用这种方法得到的结果是能够反映被测磁场的实际情况的。
由于交流电流表的读数是代表有效值所以用交流毫伏表测量感应电动势的有效值εe与εm幅值之间存在关系coscos212emmeBnSBnS 5.9.20 由5.9.20可得cosnSBee 5.9.21 式中Be为有效值。
当θ0时则nSBee00 或2eoeoBfnS 5.9.22 图5.9.5 探测线圈示意图mVTB式中f为交变电流频率可从低频信号发生器上读出。
测量时在待测点旋转线圈T电压表测出的最大值即为εe。
【实验内容与步骤】利用低频信号发生器作为低频低压交流电源用晶体管毫伏表测出探测线圈的感应电动势求出长直螺线管轴线上的磁场分布情况。
1按图5.9.6联接电路。
将信号发生器各旋钮和晶体管毫伏表量程调到适当位置接通电源预热15分钟后开始测量。
2将开关K倒向1调节信号发生器的输出频率和幅度。
若已知R的值则由毫伏表的读数εe可算出电流IeεeR/R。
为了保持磁场稳定必须随时监测电流Ie使εeR保持不变。
3将开关K倒向2毫伏表量程开关旋到10mV或30mV档。
改变探测线圈在螺线管中的位置读出毫伏表的最大指示值εex 将εex值代入5.9.22式算出各点的磁感应强度Bex。
4自拟记录表格记录有关参数。
5. 在同一坐标纸上以x为横轴B 为纵轴作出Bx测-x和Bx理-x曲线。
比较并分析产生误差的原因。
【思考题】1测量时为什么要旋转探测线圈T 2使用探测线圈和毫伏表测量线圈轴线上某点磁感应强度时如果信号发生器的输出电流振幅增加一倍则探测线圈内的感应电动势将会怎样变化当输出频率增加一倍时探测线圈内的感应电动势又将怎样变化【附录】DA-16型晶体管毫伏表该表是专门用于测量正弦交流电压有效值的一种电子仪表它具有较高的灵敏度、稳定度、低噪声电平及高输入电阻。
主要工作特性如下1测量电压范围100μV300V其量程有十一个档。
2被测电压频率范围20Hz1MHz 3固有误差≤±3基本频率1KHz 使用方法如下a测量精度以毫伏表表面垂直放置为准。