霍爾法測(cè)量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)ppt課件

1、霍爾法丈量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)章國(guó)榮一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解霍爾法丈量磁場(chǎng)的根本原理。2.掌握儀器運(yùn)用方法。3.熟練掌握霍爾法丈量亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)的方法實(shí)驗(yàn)原理一.載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng) 1.1載流圓線圈磁場(chǎng) 一半徑為，通以電流的圓線圈，軸線上磁場(chǎng)的公式為： 1式中N0為圓線圈的匝數(shù)，X為軸上某一點(diǎn)到圓心O的間隔。 本實(shí)驗(yàn)取500匝，500m，110mm，圓心O處x 0，可算得圓電流線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.43mT。它的分布圖如以下圖1所示。2/322200)(2XRIRNBmH /104701.2亥姆霍茲線圈 1所謂亥姆霍茲線圈為兩個(gè)一樣線圈彼此平行且共軸，使線圈上通以同方向電流I

2、。 2實(shí)際計(jì)算證明：線圈間距a等于線圈半徑R時(shí)，兩線圈合磁場(chǎng)在軸上兩線圈圓心連線附近較大范圍內(nèi)是均勻的 。 3本實(shí)驗(yàn)亥姆霍茲線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度 =1.431.431mT =2.05mT 它的分布圖如以下圖2所示23005162RINB圖1 單個(gè)圓環(huán)線圈磁場(chǎng)分布 圖2 亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)分布 二、霍爾效應(yīng)法測(cè)磁場(chǎng) 2.1霍爾效應(yīng)法丈量原理 將通有電流I的導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，那么在垂直于電流I和磁場(chǎng)B方向上將產(chǎn)生一個(gè)附加電位差EH，這一景象是霍爾于1879年首先發(fā)現(xiàn)，故稱霍爾效應(yīng)。電位差UH稱為霍爾電壓?；魻栃?yīng) 在霍爾效應(yīng)中導(dǎo)體的電子在洛侖茲力f L 作用下，向圖中虛線箭頭所指的位于y軸負(fù)方向的B側(cè)偏

3、轉(zhuǎn)，并使B側(cè)構(gòu)成電子積累，而相對(duì)的A側(cè)構(gòu)成正電荷積累。與此同時(shí)運(yùn)動(dòng)的電子還遭到由于兩種積累的異種電荷構(gòu)成的反向電場(chǎng)力 f E的作用。隨著電荷積累的添加，f E增大，當(dāng)兩力大小相等方向相反時(shí)， f L=f E，那么電子積累便到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡。 設(shè)電子按均一速度 ，向圖示的X負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)B作用下，所受洛侖茲力為：f L=e B 。VV同時(shí)，電場(chǎng)作用于電子的力為：f E l HHeVeE式中：EH為霍爾電場(chǎng)強(qiáng)度，VH為霍爾電勢(shì)，l為霍爾元件寬度當(dāng)?shù)竭_(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí): f L=f E B=VH/lV 設(shè)霍爾元件寬度為，厚度為d ，載流子濃度為 n ，那么霍爾元件的任務(wù)電流為ldVneIs 那么得到霍爾電

4、壓dIsBRdIsBnelEVHHH1neRH1稱為霍爾系數(shù) 當(dāng)霍爾元件的資料和厚度確定時(shí)，設(shè)：nedldRKHH/可得：IsBKVHH式中： 稱為元件的靈敏度 HK當(dāng)電流I為常數(shù)時(shí),有VH= KHIB =k0B，經(jīng)過(guò)丈量霍爾電壓VH，就可計(jì)算出未知磁場(chǎng)強(qiáng)度B。 運(yùn)用方法運(yùn)用方法 1、預(yù)備任務(wù) ：儀器運(yùn)用前，先開(kāi)機(jī)預(yù)熱1 0分鐘 。2、亥姆霍茲線圈架與磁場(chǎng)丈量?jī)x之間的連線用隨機(jī)帶來(lái)的兩頭都是同軸插頭的銜接線將丈量?jī)x的偏置電壓端與測(cè)試架的偏置電壓端相連.將丈量?jī)x的霍爾電壓端與測(cè)試架的霍爾電壓端相連。如以下圖 DH4501A型亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀接線表示圖 假設(shè)只是用二個(gè)線圈中的某一個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)

5、，可選擇左邊或者右邊的線圈,從丈量?jī)x的勵(lì)磁電流兩端用兩頭都是插片的銜接線接至測(cè)試架的勵(lì)磁線圈兩端.紅接線柱與紅接線柱相連,黑接線柱與黑接線柱相連. 亥姆霍茲線圈的中心設(shè)有二維挪動(dòng)安裝，其中長(zhǎng)的一個(gè)挪動(dòng)安裝用于丈量軸向的磁場(chǎng)分布；短的一個(gè)挪動(dòng)安裝用于丈量徑向磁場(chǎng)分布， 漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，挪動(dòng)安裝上的霍爾磁傳感器盒隨之挪動(dòng)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)二個(gè)挪動(dòng)架的手輪，可將霍爾磁傳感器挪動(dòng)到需求的位置上。 傳感器的位置可在相應(yīng)的指示標(biāo)尺中確定。3、高斯計(jì)的運(yùn)用方法： 由于有地磁場(chǎng)和大樓建筑等的影響，當(dāng)亥姆霍茲線圈沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)，顯示值也不為零。因此在進(jìn)展亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)丈量實(shí)驗(yàn)時(shí)，需求對(duì)這個(gè)固定偏向值進(jìn)展修正，即在數(shù)據(jù)處

6、置中扣除這個(gè)初始偏向值，否那么的話，丈量出的值是在線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)上面疊加上了一個(gè)偏向值，會(huì)引起較大的丈量誤差。為此丈量?jī)x內(nèi)，設(shè)計(jì)有一個(gè)零位偏向值自動(dòng)修正電路，能將這個(gè)偏向值記憶在儀器中，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)卮艌?chǎng)引起的固定偏向值。 詳細(xì)運(yùn)用方法如下 ： 將丈量?jī)x與測(cè)試架連線如圖7所示連好。翻開(kāi)電源,將丈量?jī)x的勵(lì)磁電流電位器逆時(shí)針旋究竟,電流表顯示為零,線圈沒(méi)有產(chǎn)生磁場(chǎng)。但這時(shí)由于存在地磁場(chǎng)，以及內(nèi)部電路的失調(diào)電壓，毫特計(jì)的顯示往往不為0。預(yù)熱1020分鐘后，按下丈量?jī)x面板上的“零位調(diào)理按鈕,直到數(shù)碼管上的顯示從1111變到3333再放開(kāi)按鈕。這個(gè)過(guò)程大約需求2秒。此時(shí)毫特表頭應(yīng)顯示0，假設(shè)沒(méi)有到零，請(qǐng)反復(fù)

7、上述過(guò)程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、丈量圓電流線圈軸線上磁場(chǎng)的分布 銜接好線路，調(diào)理勵(lì)磁電流為零，將磁感應(yīng)強(qiáng)度清零。 調(diào)理磁場(chǎng)丈量?jī)x的勵(lì)磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為500m,此時(shí)毫特計(jì)表頭應(yīng)顯示一對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。以圓電流線圈中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每隔10.0 mm測(cè)一磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值，丈量過(guò)程中留意堅(jiān)持勵(lì)磁電流值不變。2、丈量亥姆霍茲線圈軸線上磁場(chǎng)的分布 按圖接線，然后在勵(lì)磁電流為零的情況下將磁感應(yīng)強(qiáng)度清零。調(diào)理磁場(chǎng)丈量?jī)x的勵(lì)磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為500m,此時(shí)毫特計(jì)表頭應(yīng)顯示一對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。以亥姆霍茲線圈中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每隔10.0 mm測(cè)一磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值，丈量過(guò)程中留意堅(jiān)持勵(lì)磁

8、電流值不變。3、勵(lì)磁電流大小對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響 此時(shí)可以選擇單線圈或者亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)分布丈量的連線方法之一進(jìn)展連線，依然在勵(lì)磁電流為零的情況下將磁感應(yīng)強(qiáng)度清零。 調(diào)理磁場(chǎng)丈量?jī)x的勵(lì)磁電流調(diào)理電位器，使表頭顯示值為100m,將霍爾傳感器的位置調(diào)理到以圓電流線圈中心位置或者亥姆霍茲線圈中心位置。 調(diào)理勵(lì)磁電流調(diào)理電位器，每添加100mA記下一磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值，直到勵(lì)磁電流顯示為500mA記下一磁感應(yīng)強(qiáng)度B值為止。測(cè)試數(shù)據(jù)處置 1 .圓電流線圈軸線上磁場(chǎng)分布 將圓電流線圈軸線上磁場(chǎng)分布的丈量數(shù)據(jù)記錄于表1留意：坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在圓心處。表格中包括測(cè)點(diǎn)位置X，磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，在同一坐標(biāo)紙上畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線與實(shí)際曲線。 軸向距離X（mm）B（mT）表1 圓電流線圈軸線上磁場(chǎng)分布的丈量數(shù)據(jù)2.亥姆霍茲線圈軸線上的磁場(chǎng)分布 將亥姆霍茲線圈軸線上的磁場(chǎng)分布的丈量數(shù)據(jù)記錄于表2留意坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在兩個(gè)線圈圓心連線的中點(diǎn)0處，在方格坐標(biāo)紙上畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線。 軸向距離X（mm）B（mT）表2 亥姆霍茲線圈