电子版报告模版-亥姆霍兹线圈磁场测定.docVIP

预约开放性实验实验报告—— 学号时间 实验地点 实验中心 亥姆霍兹线圈磁场测定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一种均匀磁场的比较方便的方法。 一、实验目的 1. 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 注意，根据自己的理解，适当增减，不要太多，有了重点就可以了公式和图排序。1.用霍尔原件测量磁场的原理 如图1所示，将n型半导体(载流子为电子)加工成宽为a，高为b的长方形薄片，当从左向右通以电流I，且在垂直方向加上方向向上的磁场，此时将在里外两侧面PQ间产生电势差UH,这种现象即为霍尔效应，电势差称为霍尔电压。设薄片中的电子带电量为e, 运动方向与电流IS 方向相反, 平均漂移速率为v, 由于该薄片处在外磁场 中, 且运动方向与磁场方向垂直，故电子受洛仑兹力为 Fm = evB （1） 方向指向Q侧。因此, 将在Q侧积累负电荷, 而在P侧积累正电荷, 于是在P 、Q两个侧面之间产生了由P指向Q的电场(称为霍尔电场)。产生的电场又给载流子一个反向的电场力，当时，将随着P 、Q两侧电荷的积累而继续增强。 当增强到使电子受到的电场力Fe(= eEH)与它受到的洛仑兹力Fm(= evB)相等, 即EH = vB 时, 就达到了动态平衡, P 、Q两侧的电荷不再增加。这时在P 、Q两侧之间产生了一个恒定的电势差, 即霍尔电压UH。又因为P 、Q两侧之间的电场可以看作是匀强电场, 所以 （2） 式（）中a为薄片宽度。设薄片中的载流子密度为n, 薄片厚度为b, 依据电流强度的定义有 IS = envab （3） 即，代入式（2），得到霍尔电压为 （4） 式中RH = 1/ne 称为霍尔系数，可见n越大, RH越小, UH越小；KH=1/ned称为霍尔元件的灵敏度，单位为。希望越大越好。因为它与载流子的浓度成反比，而半导体的载流子浓度又远比金属载流子浓度小，所以用半导体材料做霍耳元件的灵敏度比较高。还和霍耳元件的厚度成反比，所以霍耳元件都得很薄，一般只有0.2mm厚。但不能认为愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增加。 由式（4）可得 （5） 若已知霍尔原件的灵敏度KH测得控制电流I与相应的霍尔电压UH，，就可以算出磁感应强度，这就是用霍尔效应测量磁场的基本原理。2.根据毕奥—萨伐尔定律，载流线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点（如图1所示）的磁感应强度为： (1) 式中为真空磁导率， 为线圈的平均半径，为圆心到该点P的距离，为线圈匝数，为通过线圈的电流强度。因此，圆心处的磁感应强度为： (2) 3.亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈（如图2所示），两线圈内的电流方向一致，大小相同,线圈之间的距离正好等于圆形线圈的半径。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，设为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任意一点的磁感应强度为： (3) 而在亥姆霍兹线圈上中心处的磁感应强度B为： （4） 三、实验仪器 FB511磁场测定仪 四、实验内容和步骤 同学根据自己实际操作过程写即可能不同）.开机后应预热分钟，再进行测量； .调整两线圈位置，使两线圈共轴且轴线与台面中心横刻线重合，两线圈距离为R=10.00cm(线圈半径)，左端在0处，右端在10cm（R）处；即组成一个亥姆霍兹线圈。..测量亥姆霍兹线圈中O1线圈的磁感应强度沿轴线的分布（B(1)~χ）：按图接线，只给单线圈O1通电，旋转电流调节旋纽，令电流I为100mA。把传感器探头从一侧沿OX轴移动,每移动1.00cm测一磁感应强度B(1)，测出一系列与坐标x对应的磁感应强度B1。 4.测量O2线圈磁感应强度沿轴线的分布（B(2)~χ）：只给单线圈O2通电，旋转电流调节旋纽，令电流I为100mA。以上述同样的测量方法，测出一系列B(2)~χ 数据。 5.测量亥姆霍兹线圈磁感应强度沿轴线的