用霍尔效应测量亥姆霍兹线圈的磁场分布
亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文
亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文摘要：分析了亥姆霍兹线圈空间磁场的分布,依据毕一萨定律,并采用霍尔效应法；采用美国PASCO公司生产的“科学工作室”方法等探测亥姆霍兹线圈空间磁场,得到空间磁场均匀区的大小、形状及范围.关键词：毕一萨定律；霍尔效应法；亥姆霍兹线圈空间磁场；PASCO一、亥姆霍兹线圈空间磁场测试的目的和意义亥姆霍兹线圈磁场与永久磁铁相比具有一定的可调性和装置轻巧,闲置时不产生环境磁场的优点.所以在教学、生产和科研中,当试验样品所需均匀磁场不太强(几高斯到几十高斯)时,就可以采用亥姆霍兹线圈.由此就必须先知道亥姆霍兹线圈磁场的均匀性区域有多大并能计算出磁感应强度的数值。
亥姆霍兹线圈是一对相同的、共轴的、彼此平行的各密绕N匝线圈的圆环电流。
当它们的间距正好等于其圆环半径R 时,这种圆形载流线圈称为Helmholtz线圈1,如图1所示。
二、亥姆霍兹线圈空间磁场测量2.1霍尔效应法测量亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区将通有电流的导体或半导体薄片(霍尔片)置于磁场中，并使垂直到磁场方向，由一于洛仑兹力的作用，载流子将向薄片侧边积聚，从而使两侧边形成一定的电势差这一现象是物理学家霍尔首先在金属薄片中发现的,故称为霍尔效应，两侧边形成的电势差称为霍尔电压【2】。
2.1.1霍尔效应法测量原理霍尔电压的极性取决于载流子(运动电荷)的荷电性.实验表明:磁场不太强时，霍尔电压的大小与所通电流I以及磁感应强B满足如下关系【3】：(2.1)称为霍尔元件的灵敏度,取决于元件的.几何尺寸及材料的性质，表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流时霍尔电动势的大小，其值可由实验定出。
由(2.1)得：(2.2)当螺线管通以稳恒电流I把霍尔元件放人螺线管中轴线上,若测出其霍尔电压,便可由(2.2)式得出螺线管轴线上磁场的分布。
要想知道亥姆霍兹线圈空间的磁场，原则是测量出线圈空间的全部磁场，但是由于线圈的对称性，所以只要测量出线圈一半的空间或1/4空间即可。
亥姆霍兹线圈磁场的测量实验报告
亥姆霍兹线圈磁场的测量实验报告
亥姆霍兹线圈是- -对相同的、共轴的、彼此平行的各有N匝的圆环电流。
当它们的间距正好等于其圆环半径R时，称这对圆线圈为亥姆霍兹线圈。
在亥姆霍兹线圈的两个圆电流之间的磁场比较均匀。
在生产和科研中经常要把样品放在均匀磁场中作测试，利用亥姆霍兹线圈是获得-种均匀磁场的比较方便的方法。
一、实验目的
1.熟悉霍尔效应法测量磁场的原理。
2.学会亥姆霍兹磁场实验仪的使用方法。
3.测量圆线圈和亥姆霍兹线圈上的磁场分布，并验证磁场的叠加原理
二、实验原理
同学们注意，根据自己的理解，适当增减，不要太多，有了重点就可以了。
1.霍尔器件测量磁场的原理
如图3- -8--1 所示，有一N型半导体材料制成的霍尔传感器，长为L，宽为b，厚为d,其四个侧面各焊有-一个电极1、2、3、4。
将其放在如图所示的垂直磁场中，沿3、4两个侧面通以电流I，电流密度为J，则电子将沿负J方向以速度ve运动，此电子将受到垂直方向磁场B的洛仑兹力=ev。
B作用，造成电子在半导体薄片的1
测积累过量的负电荷，2侧积累过量的正电荷。
因此在薄片中产生了由2侧指向1侧的电场g，该电场对电子的
作用力F。
=eEx与序=evgB反向，当两种力相平衡时，便出现稳定状态，1、2两侧面将建立起稳定的电压Uz，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压Uz叫霍尔电压，1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。
3.10霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场剖析
3.10霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场剖析霍尔法是一种测量电器中磁场强度的方法，又称为霍尔效应。
它是利用霍尔元件来测量电流通过电器时引起的磁场强度的一种技术方法。
霍尔元件是一种半导体器件，它能够将磁场与电场相互作用所产生的电势差转换为电流信号输出。
霍尔元件的基本原理是磁场垂直于载流子运动方向，将导致载流子沿着霍尔元件的边缘方向偏移，从而形成电势差。
因此，当电流通过电器时，我们可以用霍尔元件来测量电器中的磁场强度。
本文将介绍在实验室中如何应用霍尔法来测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场强度。
在这两种线圈中，磁场的分布和大小是非常重要的参数。
圆线圈是由半径为R的导线匝数为N的同轴圆柱，通过其形成的一种线圈。
圆线圈的磁场分布是关于线圈轴对称的，具有最大值Br=μ0NI/2R和最小值Bθ=μ0NI/2。
其中μ0是真空磁导率，I是电流。
亥姆霍兹线圈是由两个同轴圆柱组成的线圈，它们具有相同的半径R、匝数N和电流方向，但是方向相反。
这两个线圈之间的距离为R，这种线圈的特点是有一均匀磁场分布。
这种线圈的磁场大小和磁场分布可以用B=μ0NI/2R来描述。
在测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场时，我们首先需要将线圈从电源中分离出来，然后将线圈的两端连接到一个恒流源。
在保持电流不变的情况下，我们需要确定测量霍尔元件的位置。
霍尔元件应该位于线圈轴线附近，并且应该垂直于轴线方向。
在每个位置上，我们可以测量霍尔元件输出的电势差并计算出磁场强度。
如果我们希望测量圆线圈的磁场分布，我们需要沿着圆线圈的半径方向调整霍尔元件的位置。
在实验中，我们可以使用霍尔元件和数字万用表来测量电势差和电流。
我们还需要一个可调电源来提供恒定的电流。
在实验中，我们需要注意以下几点：1.在测量时需要保持电流稳定，避免产生噪声影响测量结果。
2.在测量磁场分布时，需要多次测量并取平均值，以提高测量精度。
3.在测量位置选择上需要谨慎选择，以保证测量精度。
大学物理实验用霍尔法测直流线圆圈与亥姆霍兹线圈磁场[总结]
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用霍尔法测直流线圆圈与亥姆霍兹线圈磁场1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象，此现象称为“霍尔效应”。
半个多世纪以后，人们发现半导体也有霍尔效应，而且比导体强得多。
随着半导体物理学的迅猛发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量。
近些年霍尔效应实验不断有新发现。
1980德国的冯·克利青、多尔达和派波尔发现了量子霍尔效应，它不仅可作为一种新型的二维电阻标准，还可改进一些基本常量的测量精度，是当代凝集态物理学和磁学中最惊异的进展之一。
克利青教授也应此项发现荣获1985年的诺贝尔物理学奖金。
目前霍尔传感器典型的应用有：磁感应强度测量仪（又称“特斯拉计”），霍尔位置检测器，无触点开关；霍尔转速测定仪，电功率测量仪等。
在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感法等等，本实验介绍“霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
【实验目的】1. 了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握FB5 11型磁场实验仪的使刚方法。
2. 了解载流圆线圈的径向磁场分布情况。
3. 测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布。
4. 两平行线圈的间距改变为d=R ／2和d=2R 时，测定其轴线上的磁场分布。
【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通以直流电流I 的圆线圈，其轴线上磁场强度的表达式为：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，x 为轴上某一点到圆心'O 的距离，70104-⨯=πμH ／m ，磁场分布图如图1所示。
图 1 图 2本实验取0N ＝400匝，I ＝0．400A ，R ＝0.100m,圆心'O 处X ＝0，可算得磁感应强度为：B=1．0053×310-T 。
亥姆霍兹线圈磁场的测量
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七、思考题
实验教材P90页，思考题1与2。
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◆实验十二 亥姆霍兹线圈磁场的测量
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一、实验目的
1、熟悉霍尔效应法测量磁场的原理 2、学会亥姆霍兹线圈磁场实验仪的使用方法 3、测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的
磁场分布并验证磁场的叠加原理
UH B KH IH
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2、载流圆线圈轴线上的磁场分布
B
0 NR 2 I
2( R 2 x 2 )3/2
0 NR 2 I
R 2 R 2 ( x) 2 2
3/2
3、亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布
B B1 B2
0 NR 2 I
R 2 R 2 ( x) 2 2
3/2
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四、实验内容步骤
1、测定圆线圈1轴线磁场的分布，作出B1~X曲线
2、测定圆线圈2轴线磁场的分布，作出B2~X曲线 3、测定亥姆霍兹线圈轴线磁场的分布，作出B~X 曲线，验证磁场叠加原理
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五、数据记录表格
亥姆赫兹实验报告
载流圆线圈磁场分布图 0.7 0.6 0.5
B/mT
0.4
0.3
T/mT 理论值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.2 0.1 0 -100 -50 0 X/mm 50 100
2.数据计算： 按照公式：
B
N IR 2
0 0
3/ 2 （ 2 R x 2） 2
计算的数值即为理论值。 七． 实验结果分析与小结 分析： （1）因为磁场两边的分布是对称的，所以所测数据也要关 于连线重点对称。 （2）测量时未调零会使所测数据误差较大。 总结：测量每一组数据前都需要进行调零，这样才能尽可能的减 少误差。数据集记录时要排除偶然误差。 八． 附上原始实验数据（拍照）
（2）右激励线圈：
X/mm T/mT 理论值 0 0.573 0.598 60 0.399 0.392 -60 0.375 0.392 50 0.443 0.440 -50 0.418 0.440 40 0.485 0.488 -40 0.463 0.488 30 0.523 0.532 -30 0.504 0.532 20 0.553 0.567 -20 0.537 0.567 10 0.571 0.590 -10 0.562 0.590
据，绘制表格。
六． 数据记录及处理（包括数据表格、数据计算、画图等） 1.数据表格 （1）亥姆霍兹：
X/mm T/mT 0 0.817 -100 0.578 100 0.544 -90 0.636 90 0.607 -80 0.689 80 0.662 -70 0.732 70 0.714 -60 0.770 60 0.754 -50 0.796 50 0.782 -40 0.811 40 0.801 -30 0.813 30 0.813 -20 0.818 20 0.817 -10 0.818 10 0.817
实验八212《亥姆霍兹线圈磁场》实验报告
流线圈中心为坐标原点，每隔 10.00mm 测一个 Bmax 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上磁场分布 （1）关掉电源，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，调零。 （2）调节磁场实验仪的输出功率，使励磁电流有效值为 I=200A，以圆电流 线圈中心为坐标原点，每隔 10.00mm 测一个 Bmax 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 2 R 2 R x 2
3
2
B0
8 5
3 2
0 NI RFra bibliotek式中：Ｎ＝500 匝，线圈有效半径为 105mm，I=200mA，两线圈中心间距为 105mm。亥姆霍兹线圈轴上磁场分布如下表所示。 下表中坐标值单位为 mm，实验 B 值与理论 B 值单位均为 mT。 偏差/mT 0.0039 0.0494 0.0547 0.0590 0.0601 0.0652 0.0599 0.0511 0.0437 0.0404 0.0401 0.0373 0.0304
B1 2 R2 X2
0 NR 2 I
3
2
（1）
式中， N 为圆线圈的匝数。 X 为轴上一点到圆心Ｏ的距离， 0 4 10 -7 H / m , 称为真空磁导率，因此它的轴线上磁场分布图如图。
Ｂ
Ｙ
Ｘ
Ｘ
2、亥姆霍兹线圈 所谓亥姆霍兹线圈为两个相同彼此平行且共轴，使线圈上同方向电流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，这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用 十分广泛。
亥姆霍兹线圈
南昌大学物理实验报告
实验名称：亥姆霍兹线圈磁场
学院：资源环境与化工学院
专业班级过控151
学生姓名：吴东亮学号：20
实验地点：基础实验大楼座位号：42
实验时间：第9 周星期一上午10点开始
一、实验目的：
1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。
2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
二、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
根据比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点磁感应强度B 为。
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一、测量霍尔元件的不等位电势V_0和不等位电阻R_0
测量数据和处理结果如图：R_0=0.0611Ω
二、 测量霍耳电压V_H与励磁电流I_s的关系
三、 测量霍耳电压V_H与励磁电流I_M的关系
四、计算霍尔元件的霍尔灵敏度
根据（二）图像所得，斜率k=2.2358（=k/B=164.9mV/(mA*T)
五、 测量亥姆霍兹线圈中B的分布