磁感应强度及其测试方法
冷轧无取向硅钢片磁感应强度

冷轧无取向硅钢片磁感应强度冷轧无取向硅钢片是一种常用的电工材料,具有较强的磁感应强度。
本文将从多个角度探讨冷轧无取向硅钢片的磁感应强度相关内容。
一、冷轧无取向硅钢片的概述冷轧无取向硅钢片是由高硅冷轧电工钢经过特殊工艺制成的一种材料。
它具有低磁滞损耗、高饱和磁感应强度和低铁损等特点,广泛应用于电力变压器、电机等领域。
二、冷轧无取向硅钢片的磁感应强度与材料特性的关系1. 材料成分:冷轧无取向硅钢片中的硅含量对磁感应强度有重要影响。
硅含量越高,磁导率越低,磁感应强度也会相应降低。
2. 冷轧工艺:冷轧是指将热轧钢坯经过冷轧机进行压制加工,使其产生塑性变形,从而改变其晶粒结构和取向特性。
冷轧工艺可以提高材料的磁导率和磁感应强度。
3. 磁化处理:冷轧无取向硅钢片经过磁化处理后,可进一步提高其磁导率和磁感应强度。
磁化处理是通过将材料置于强磁场中,使其内部的磁畴重新排列,从而提高磁感应强度。
4. 晶粒取向:冷轧无取向硅钢片的晶粒取向对磁感应强度也有一定影响。
晶粒取向越均匀,磁感应强度越高。
三、冷轧无取向硅钢片磁感应强度的测试方法1. 磁化曲线法:磁化曲线法是一种常用的测试冷轧无取向硅钢片磁感应强度的方法。
通过在外加磁场下测量材料的磁感应强度和磁场强度,可以得到磁化曲线,从而计算出磁感应强度。
2. 磁滞回线法:磁滞回线法是另一种测试磁感应强度的方法。
通过在不同磁场下测量材料的磁感应强度,然后绘制磁滞回线,可以得到磁感应强度的相关参数。
1. 电力变压器:冷轧无取向硅钢片具有低铁损和高饱和磁感应强度的特点,可用于制造电力变压器的铁芯,提高变压器的效率。
2. 电机:冷轧无取向硅钢片的低磁滞损耗和高磁感应强度使其成为制造高效电机的理想材料,可广泛应用于各种电机中。
五、冷轧无取向硅钢片磁感应强度的发展趋势随着科学技术的不断进步,冷轧无取向硅钢片的磁感应强度也在不断提高。
目前,已经出现了一些新型的冷轧无取向硅钢片,其磁感应强度更高,磁滞损耗更低,能进一步提高电机和变压器的效率。
磁场测量实验中的磁感应强度计算方法

磁场测量实验中的磁感应强度计算方法磁场是物理学中一个重要的概念,它存在于我们周围的世界中。
我们可以通过磁感应强度来了解磁场的性质和特征。
磁感应强度的计算方法在磁场测量实验中起着重要的作用。
磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,用符号B表示,其单位是特斯拉(T)。
在实际测量中,我们可以使用霍尔效应来计算磁感应强度。
霍尔效应是指当一段导体中有电流流过时,如果将一个垂直于电流方向和磁场方向的磁场施加在导体上,就会在导体两侧产生一定的电压。
这个电压被称为霍尔电压,它与磁感应强度之间存在着一定的关系。
在进行磁场测量实验时,我们可以采用霍尔效应测量磁感应强度。
首先,我们需要将待测的磁场施加在一个导体上,并使电流通过导体。
然后,在导体两侧安装一对霍尔元件,使其中一个霍尔元件垂直于电流方向,另一个霍尔元件垂直于磁场方向。
这样,当磁场施加在导体上时,两个霍尔元件之间就会产生霍尔电压。
霍尔电压的大小与磁感应强度成正比,而与电流强度和材料本身的特性有关。
因此,在计算磁感应强度时,我们需要先测量到霍尔电压,然后根据实验条件和霍尔元件的特性曲线来计算磁感应强度。
为了准确测量霍尔电压,我们还需要注意一些实验细节。
首先,我们需要保持实验条件的稳定性,避免外界干扰因素对测量结果的影响。
其次,我们需要选择合适的霍尔元件,以确保其在给定条件下的线性响应范围。
此外,我们还需要校准实验仪器,以确保测量结果的准确性和可靠性。
在进行磁感应强度计算时,我们可以利用霍尔元件的特性曲线来进行。
特性曲线是指在给定电流和磁场条件下,霍尔电压与磁感应强度之间的关系曲线。
通过测量不同磁感应强度下的霍尔电压,我们可以绘制出特性曲线,并通过插值和外推来计算其他磁感应强度下的霍尔电压。
最后,根据实验数据和特性曲线,我们可以计算出磁感应强度的数值。
磁感应强度的计算方法在磁场测量实验中具有重要的意义。
它不仅可以帮助我们了解磁场的性质和特征,还可以用于其他相关领域的研究和应用。
物理实验测量物体的磁感应强度

物理实验测量物体的磁感应强度在物理学中,磁感应强度是研究磁场强度的重要参数,也是测量磁场的一种方法。
本文将介绍物理实验中测量物体磁感应强度的方法和步骤。
1. 实验原理磁感应强度是描述磁场在某一点的强弱程度的物理量。
在实验中,我们可以利用霍尔效应来测量物体的磁感应强度。
霍尔效应是指在导体中有电流流过时,垂直于电流方向和磁场方向的方向上会产生电势差。
2. 实验所需材料- 电源- 磁铁- 霍尔元件- 电压表- 电流表- 导线3. 实验步骤(1) 首先,将磁铁靠近被测物体,产生一个磁场。
(2) 将霍尔元件固定在被测物体上,并连接电源和电表。
(3) 调节电流大小,记录下通过霍尔元件的电流值。
(4) 移动磁铁,让磁场的方向或强度发生变化,再次记录通过霍尔元件的电流值。
(5) 根据霍尔元件的电势差和电流值,可以计算出物体在不同磁场下的磁感应强度。
4. 实验注意事项(1) 在实验过程中,要确保电路的连接正确,以避免数据出现误差。
(2) 测量前后需及时校准仪器,以保证实验结果的准确性。
(3) 霍尔元件的固定位置要稳定,以确保测量的准确性。
(4) 实验环境应保持安静稳定,以消除外界干扰对实验数据的影响。
5. 实验结果分析与讨论通过实验测量得到的磁感应强度数值可以用于分析物体的磁性质及其在磁场中的行为。
此外,通过对多组实验数据的对比与分析,可以得出物体磁感应强度与磁场的关系,进一步探究磁场的特性与行为规律。
总结:物理实验中测量物体磁感应强度是一项重要的实验操作,通过使用霍尔效应的原理,可以准确测量到磁场对物体的影响。
该实验可以帮助学生深入了解磁场的性质并探究其规律,加深对物理学知识的理解。
然而,在实验过程中需要注意实验环境的稳定和仪器的准确性,以保证测量结果的准确性和可靠性。
电流学中电线圈磁感应强度的定量测量

电流学中电线圈磁感应强度的定量测量电流学是物理学的一个重要分支,研究电流的产生、传输和作用。
在电流学中,电线圈的磁感应强度是一个重要的物理量,它描述了电流通过电线圈时所产生的磁场的强度。
本文将探讨电线圈磁感应强度的定量测量方法。
首先,我们需要了解什么是电线圈的磁感应强度。
电线圈是由导线绕成的圈形结构,当通过电流时,会产生一个磁场。
磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,通常用符号B表示。
磁感应强度的单位是特斯拉(Tesla),常用的较小单位是高斯(Gauss)。
磁感应强度的大小与电流的大小、导线的形状和材料等因素有关。
那么,如何定量测量电线圈的磁感应强度呢?一种常用的方法是使用霍尔效应传感器。
霍尔效应是指当导体中有电流通过时,垂直于电流方向的方向上会产生一个电场。
霍尔效应传感器利用这个原理来测量磁感应强度。
它包含一个霍尔元件和一个电路,霍尔元件是一个半导体材料,当磁场作用于霍尔元件时,会在元件两侧产生一个电势差。
电路会测量这个电势差,并将其转换为磁感应强度的数值。
除了霍尔效应传感器,还有其他一些方法可以测量电线圈的磁感应强度。
例如,可以使用磁力计来测量电线圈产生的磁场强度。
磁力计是一种测量磁场强度的仪器,它可以测量磁场对物体的作用力。
通过将磁力计放置在电线圈附近,可以测量到磁感应强度的数值。
此外,还可以使用法拉第电磁感应定律来测量电线圈的磁感应强度。
根据法拉第电磁感应定律,当磁场的变化率穿过一个闭合线圈时,会在线圈中产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小,可以计算出磁感应强度。
这种方法适用于测量瞬时的磁感应强度。
除了测量电线圈的磁感应强度,还可以通过改变电流的大小和方向来探究磁感应强度的变化规律。
根据安培环路定理,电流通过电线圈时所产生的磁场强度与电流成正比。
因此,通过改变电流的大小,可以观察到磁感应强度的变化趋势。
此外,改变电流的方向也会对磁感应强度产生影响,可以通过改变电流方向来研究磁感应强度的方向性。
磁感应强度实验的使用教程

磁感应强度实验的使用教程引言:磁感应强度实验是物理学中一项十分重要的实验方法,用于测量磁场中的磁感应强度。
本文将详细介绍磁感应强度实验的仪器使用方法、实验步骤以及数据处理方法,以帮助读者了解并顺利完成这一实验。
仪器介绍:在开展磁感应强度实验之前,我们首先要了解实验所需的主要仪器。
常用的磁感应强度实验仪器主要有磁场强度计和霍尔元件。
磁场强度计是用于测量磁场中磁感应强度的仪器,它的主要部分包括磁场传感器和显示屏。
霍尔元件则是一种利用霍尔效应测量磁场的元件,它可以将磁场的变化转化为电压信号输出。
实验步骤:1. 实验前的准备在进行实验之前,首先要检查仪器的状态是否正常。
确定磁场强度计和霍尔元件的工作正常后,将霍尔元件靠近磁场强度计的磁场传感器,使其能够感受到磁场。
2. 测量磁场强度将磁场强度计的磁场传感器置于待测磁场中,然后读取磁场强度计上显示的磁感应强度数值。
这个数值就是磁场中的磁感应强度。
3. 分析测量数据在实验中获得的磁感应强度数值可以通过计算和比较进行进一步的分析。
可以通过在不同位置和距离上进行多次测量,然后绘制磁场强度与位置/距离的关系曲线来研究磁场的分布规律。
数据处理:在进行磁感应强度实验后,我们需要对实验获得的数据进行处理和分析。
常见的数据处理方法包括计算平均值、标准差和相对误差等。
计算得到的平均值可以作为磁感应强度的估计值,而标准差和相对误差可以用来评估实验数据的精确度和稳定性。
应用领域:磁感应强度实验在许多领域都有广泛的应用。
例如,在电磁学中,它可以用来研究磁场的分布规律,揭示电磁感应现象的本质。
在材料科学中,磁感应强度实验可以用来测量材料的磁导率和磁化率等物理性质。
此外,它还可应用于医学领域,用于磁共振成像等医学检测技术。
结论:磁感应强度实验是一项重要的物理实验方法,可以有效地测量和研究磁场中的磁感应强度。
通过本文的介绍,我们了解了磁感应强度实验的仪器使用方法、实验步骤以及数据处理方法。
磁感应强度的测量与计算实验

磁感应强度的测量与计算实验摘要:本实验旨在通过测量磁感应强度的方法与计算实验,探究磁场中磁感应强度的测量原理和计算方法。
通过实验数据的收集与处理,得出准确的磁感应强度数值,加深对磁场及其相关概念的理解。
一、引言磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,它在物理学和工程技术领域起着重要作用。
测量和计算磁感应强度的实验是学生深入了解和掌握磁场基本概念与测量方法的重要手段。
通过本实验,我们将学习如何利用霍尔效应和法拉第电磁感应原理来测量磁感应强度,并运用所得数据进行计算和分析。
二、实验材料与仪器1. 霍尔元件2. 磁阻式测量仪3. 直流电源4. 尺子5. 磁铁6. 手动切断开关7. 多用途电表三、实验步骤1. 实验前的准备工作a) 将霍尔元件与磁阻式测量仪连接,确保电路连接正确。
b) 将磁阻式测量仪的靶子置于霍尔元件的磁场中心。
c) 关闭磁阻式测量仪的自动调零开关。
2. 磁感应强度的测量a) 将直流电源接入电路,调节电流大小,并记录电流值。
b) 移动靶子,使其位于霍尔元件周围的不同位置上,并记录相应的电压值。
c) 重复步骤a)和b),得到一系列的电流值和电压值。
3. 数据处理与计算a) 利用磁阻式测量仪的校准曲线,将测得的电压值转化为磁阻值。
b) 根据磁阻与磁感应强度的关系,计算出不同位置处的磁感应强度。
c) 绘制磁感应强度随位置变化的图表,并进行趋势分析。
d) 根据实验数据,计算出磁感应强度的平均值和标准差。
四、结果与讨论通过对实验数据的处理与计算,我们得到了磁感应强度随位置变化的图表。
从图表中可以观察到,随着位置的改变,磁感应强度呈现出不同的趋势。
根据趋势分析,我们可以推断出磁场的分布情况。
在数据处理与计算中,我们得到了磁感应强度的平均值和标准差。
平均值反映了实验数据的集中趋势,标准差则反映了数据的离散程度。
通过计算平均值和标准差,我们可以评估实验数据的准确性和可靠性。
五、实验结论通过本次实验,我们成功地测量并计算了磁感应强度的数值。
磁感应强度和磁场的测量与观察

BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
误差来源分析及减小误差措施
系统误差来源及消除方法
1 2 3
仪器误差
由于测量仪器设计、制造、装配等不完善引起的 误差。消除方法包括采用高精度仪器、定期校准 仪器等。
方法误差
由于测量方法本身不完善或选择不当引起的误差 。消除方法包括改进测量方法、采用更精确的测 量模型等。
详细描述了实验过程、数据采集和处理方法,并对实验结果进行了深入分析和讨论,验证 了测量方法的准确性和可靠性。
未来发展趋势预测
新型测量技术
随着科技的不断发展,未来可能会出现更加先进的磁感应 强度和磁场测量技术,如基于量子效应的测量技术、光学 测量技术等。
智能化和自动化
随着人工智能和自动化技术的不断发展,未来磁感应强度 和磁场的测量将更加智能化和自动化,如自动数据采集、 智能数据分析等。
电磁干扰
由于电磁场对测量信号产生的干扰引起的误差。减小措施包括采用 屏蔽技术、降低测量系统电磁敏感度等。
提高测量精度和可靠性策略
选择合适的测量方法和仪器
控制测量环境条件
根据测量需求和对象特点,选择合适的测 量方法和高精度仪器,以提高测量精度和 可靠性。
保持稳定的测量环境,记录并修正环境参 数变化,以减小环境误差对测量结果的影 响。
02
磁场测量方法及原理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
霍尔效应法测量原理及应用
霍尔效应
当电流通过一个位于磁场中的导 体时,会在导体的横向方向上产 生电位差,这种现象被称为霍尔
效应。
测量原理
利用霍尔元件(一种半导体器件) 在磁场中产生的霍尔电压与磁感应 强度成正比的关系,通过测量霍尔 电压来推算磁感应强度。
磁场与磁场强度的测量与应用

磁场与磁场强度的测量与应用磁场是我们日常生活中常见的自然现象之一,也是物理学中重要的研究对象。
磁场强度在物理学、工程学以及其他学科中具有广泛的应用。
本文将探讨磁场的概念,介绍磁场的测量方法,以及磁场强度的应用。
一、磁场的概念磁场是指某一区域内磁力线所具有的特征和性质。
磁场既可以由永久磁铁产生,也可以由通过电流的导线产生。
磁场具有磁力线方向和磁力线密度两个基本特征,通过磁感线的方向和磁感线的密度可以描述磁场的强弱。
二、磁场的测量方法测量磁场的方法有许多种,下面将介绍几种常见的磁场测量方法。
1. 磁力计测量法磁力计是一种常用的测量磁场的仪器。
它通过测量磁场对一个已知质量的物体所产生的力来确定磁场的强度。
磁力计一般采用弹簧平衡或电子平衡的原理进行测量,具有较高的测量精度。
2. 霍尔元件测量法霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁场测量仪器。
霍尔效应是指当电流通过一块导体时,该导体两侧会产生一定的电压差,该电压差与磁场的强度成正比。
通过测量霍尔元件两侧的电压差,可以确定磁场的大小。
3. 磁感应强度测量法磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。
通过将一个测试线圈放入待测磁场中,测量测试线圈中感应电动势的大小来确定磁感应强度。
该方法适用于测量不均匀磁场或微弱磁场,具有较高的测量精度。
三、磁场强度的应用磁场强度在各个领域都有着重要的应用,下面将介绍几个常见的磁场强度应用。
1. 电机与发电机电机和发电机是利用磁场强度与导线所受力的原理实现能量转换的设备。
通过在磁场中放置导线,当导线通电时,根据洛伦兹力的作用,导线会受到一个力,从而实现能量转换。
2. 磁共振成像磁共振成像(MRI)是一种基于磁场强度原理的医学成像技术。
通过在人体部位施加强大的磁场,结合无线电脉冲的辅助,可以对人体组织进行高清晰度的成像。
磁共振成像在医学诊断中有着重要的应用价值。
3. 磁存储技术磁存储技术是指利用磁场强度对磁介质进行信息的编码与储存的技术。
如硬盘、磁带等设备,利用磁场强度改变来存储与擦除信息。
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磁感应强度及其测试方法 李子鹏 (冶金学院,10轧07号) 摘要: 磁现象是最早被人类认识的物理现象之一。磁场是广泛存在的,为了认识和解释其中的许多物理现象和过程 ,必须考虑磁感应这一重要因素。磁感应强度大小的测量中磁感应强度计量属于电磁学计量的范围,是磁计量中最基本、最重要的计量。磁感应强度的计量方法较多,实际应用时可按被计量磁场的强度大小和准确度高低来选取。 关键词: 磁场;磁感应;测量
1 引言 磁现象体现在生活的方方面面。不同物体间的磁感应强度也是不同的。磁现象在人类早期就已经出现 ,指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的,地球、恒星(如太阳) 、星系(如银河系)、行星、卫星 ,以及星际空间,都存在着磁场。在现代科学技术和人类生活中 ,也处处可遇到磁场,发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内,伴随着生命活动,一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程,必须考虑磁感应强度这一重要因素。
2 磁感应强度的定义及分布 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的基本物理量,是矢量,常用符号B表示。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度(也叫磁感应强度)来表示。磁感强度大表示磁感强;磁感强度小,表示磁感弱。已知一个磁场中的磁感应强度的分布就可以确定运动电荷、电流在磁场中所受到的作用力。常见的关于磁感应强度的定义方式有两种:第一种是从运动电荷在磁场中所受到的洛伦兹力出发定义B;另一种是通过理想化模型电流元ld在磁场中的受力来定义的。
2.1 利用运动电荷在磁场中的洛伦兹力定义B 运动电荷(q,v)在磁场中所受力洛伦兹力记为f,其特点为:1)电荷在磁场中各点的运动方向不同,受力也不同;2)在磁场中的任一场点,当运动电荷的v沿某个特殊方向或与之反向时,受力为0;3)当电荷的运动方向与上述2)方向垂直时,它在该场点所受到的磁场力最大,最大洛伦兹力记为fm。另外fm受3个因素影响,分别为磁场中场点的位置;与运动电荷电量的大小成正比;与运动电荷速度的大小也成正比。为此定义B=fqv(1)式中:q是电荷电量的大小;y是速度的大小;fm是最大洛伦兹力的大小。B的方向定义为:由正电荷所受最大洛伦兹力fm的方向转向电荷运动方向v时,右手螺旋前进的方向。 2.2利用电流元所受安培力定义B 电流元(记为:ldl),它是描写磁场性质所引人的一个理想化模型。如图1所示。其中J为导线回路中恒定电流,dJ为把导线回路沿着电流方向所取得矢量线元,为了准确地反应场点的性质,要求电流元Idl取得足够小.因此它在磁场中甚至就只占据一小点的位置。显而易见tldl的大小即ldl.方向就是电流的方向[1]。
2.3无限长通电直螺线管内外的磁感应强度 2.3.1无限长通电直螺线管的等效电路 如图2,设无限长直螺线管的半径为a,单位长度的线圈匝数为n,通过的电流为I。由图2可以看出,实际的密绕螺线管是垂直于中心轴线方向的平面圆环电流线圈和沿中心轴流向电流的组合体。因此,可以把无限长通电直螺线管等效为由两部分组成:第一部分为电流均匀分布、沿中心轴流向、总电为I的无限长圆筒;第二部分为无限个环面垂直于中心轴、通有电流的同轴圆环。
2.3.2无限长圆筒电流的磁感应强度 为了求出电流均匀分布、沿z轴流向、总电流为I的无限长圆筒的磁感应强度,任取一半径为x、环面垂直于z轴的环形安培环路,如图3所示。由安培环
图1 闭合回路中的电流元 图2 无限长通电直螺旋管 路定理可知,无限长圆筒电流内部空间的磁感应强度为零。对于无限长圆筒电流的外部空间,距z轴为x(x>a)的任意点的磁感应强度B1。满足们∫Bldl=2xPBl=µol (2)。由(2)式得,无限长圆筒电流外部空间的磁感应强度的大小为Bl=µol xP (3),Bl的方向与dl的方向相同[2]。
2.3.3磁感应强度标准 中国计量科学研究院建有恒定磁场磁感应强度国家基准、标准。复现交变弱磁感应强度的墓准线圈用的就是恒定磁场磁感应强度国家基准石英骨架线圈.只需作交流频率误差修正即可准确地复现交变磁感应强度单位。为传递量值和检定仪器又研制了两个较大尺寸的标准线圈,一个是807mm长的单层螺线管提供1mT以下的交变磁感应强度;另一个是直径lm的亥姆霍兹型线圈提供0.lmT以下的交变磁感应强度。1101的均匀区分别为10mm和90mm.保证了比对检定的需要。而它们的量值可以溯源到磁感应强度国家基准[3]。各线圈的技术参数见表1。 表1 不同线圈的技术参数
NO.3石英基准线圈 807毫米螺线管 一米亥姆霍兹型线圈
线圈型式 螺距1mm单层亥姆霍兹型线圈 螺距1mm单层螺线管 多层螺亥姆霍兹型线圈
线圈直径 320毫米 222毫米 996毫米 骨架材料 熔融石英 玻璃钢 厚度50毫米的多层胶合板
线圈常数(mTA) 0.222289471 1.21085 0.106700 线圈常数不确定度 610-7 5.610-4 5.610-4
2.4移动磁场铸造用感应器的磁感应强度及分布 2.4.1纵向分布 从感应器边缘处的齿中央点开始测量每齿及槽的磁感应强度的变化,如图4所示,磁感应强度距铁芯表面越近时,磁场分布的均匀度越差,一般齿上的磁感应强度要比槽上的高,随着气隙高度的增加,磁感应强度呈递减的趋势,分布变得较均匀,但两端由于铁芯开断,它和安置在其中的绕组在两端不连续,造成磁场畸变,使磁感应强度在此处下降得很快,并使铝熔体在此处的电磁推力降低,故移动磁场铸造时铸型应离开最边上的两个齿。 2.4.2横向分布 从感应器的某一相邻的齿及槽边缘中问点横向移动,每隔lcm测量磁感应强度的变化,结果如图5所示。距铁芯表面较近时,齿上的磁感应强度比槽上的要大许多,而且齿槽两端的磁感应强度均有一突变上升;随着气隙高度的增加,齿槽两端的磁感应强度下降,当气隙达到35mm以上时,齿与槽磁感应强度分布趋于一致。中间段的磁感应强度相对比较均匀[4]。
磁感应强度沿纵向分布呈周期性变化,且距感应器表面越近,变化幅度越大,反之,分布越均匀;沿横向分布除边缘效应外,比较均匀;磁感应强度随距离的增大而呈指数衰减。
3磁感应强度的测量
图4 感应器纵向距离 图5 感应器横向距离 3.1用磁强计矢量法测量 在实验精度要求不高的情况下,可以利用磁强计来测量磁感应强度的大小.它的基本原理是:在地磁场(或其他标准磁场)中磁强计指针(一根小磁针)指向地磁场的水平分量为B水平,当待测磁场的磁感应强度Bx与B水平垂直地作用在磁强计上时,指针将偏转一个角度.已知B水平的值,测量出值就可以求出Bx
为 Bx =B水平 tan(4)。
3.2 利用电流天平 电流天平是一种用来测定磁感应强度的装置,在天平右盘下固定一矩形线圈肘,一部分处在匀强磁场中,如图6所示,M中未通电时,左盘放适当的砝码使天平平衡.测量时,线圈M中通入电流,此时需再在左盘放质量为m的砝码,天平才能重新平衡.线圈肘的匝数为n,切割磁感线部分的边长为£,则磁感应强度口的大小可通过下列方程求得。
左盘增加的砝码重力等于右盘所受的安培力nBIL=mg(5)解得 B=mgnIL (6)用这种方法测量磁感应强度,原理比较简单,测量时天平调整操作要求较高,设计时有游码作微调.提高精度可增加线圈的匝数n,增大电流,,增长线圈切割磁感线部分的长度£,但增长£有一定的限制.这种方法的依据是磁场对电流力的作用原理[5]。
3.3霍尔效应法 霍尔效应是指载流子在磁场中运动时,由于洛仑兹力的作用,使载流子的运动方向发生偏转从而使条形样品的侧面产生出电压(如图7所示),这样产生的电压称为霍耳电压。
图6 电流天平 在条形样品的厚度和载流子的电流强度一定时,霍耳电压与磁感应强度成正比,因而可用于磁感应强度的计量。常用的特斯拉计就是根据这个方法制成的[6]。这种方法在使用时操作简便,因条形样品的体积小,所以既可以测量大空间内的磁场也可以测量小空间内的磁场。需要注意:(l)适用于磁场不太强的情况。(2)霍耳片通过的电流一般应小于5mA,否则自身发热,影响计量的准确性。因其对温度敏感,故这种方法的不确定度仅为10-2一10-3T。但由于操作简便、样品的体积小而得到广泛的应用。
3.4利用功能关系进行测量 磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量叫能量密度,其值为B22 , 式B是磁感应强度,是磁导率,在空气中为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B,用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△L,并测出拉力F,如图 8所示。因为F所做的功等于缝隙中磁场的能量,所以由此可得出磁感应强度 B的大小[7] 。
【 测量原理】 拉力 F将铁片与磁铁拉开一段微小距离△所做的功为: W =F·△L(7)体积 V=A·△L(8)中磁场的能量为:E=VB22(9)。由功能关系可知:W =E联立(7)(8)(9)式可得B=2FA(10)。
3.5光纤光栅差分群时延测量磁感应强度 根据菲涅耳理论,一束线偏振光可以分解为两束频率相同、振幅相等、旋转方向相反的原偏振光。透过这些材料传输时,在磁感应强发作用下会发生法拉第效应,线偏振光的偏振面将发生旋转,旋转焦度为=(nL-nR)l(11)。式中nL 和nR分别为左旋偏振光和右旋偏振光的有效反射量,为入射光波长,l为偏振光所经历的长度[8]。有法拉第效应可知=VlB(12)。式中,V反映了磁感应强度对物质旋光作用影响的程度,称为Verdet常数,B为磁感应强度。石英光纤在1300nm波长附近的Verdet常数大约为0.8rad/(T·m)。由(11)、(12)式可得由磁感应强度引起的光纤左旋和右旋偏振光折射率之差为nL- nR =VB(13)。
图7 霍尔电压的产生 图8 测量磁感应强度