霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场.ppt

霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场章国荣一、实验目的 。 。 载流圆线圈磁场一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为: (1) 式中 N 0为圆线圈的匝数, X为轴上某一点到圆心 O 的距离。本实验取N0= 500 匝,I= 500m A, R= 110mm ,圆心 O处x =0,可算得圆电流线圈磁感应强度 B= 。它的分布图如下图 1所示。 2/322 200)(2XR IR NB???mH/ 10 4 7 0 ????? 亥姆霍兹线圈 1)所谓亥姆霍兹线圈为两个相同线圈彼此平行且共轴,使线圈上通以同方向电流 I 。 2)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。 3)本实验亥姆霍兹线圈中心磁感应强度= × = 它的分布图如下图 2所示 2 3 005 16 2 ??R INB ?图 1 单个圆环线圈磁场分布图 2 亥姆霍兹线圈磁场分布二、霍尔效应法测磁场 霍尔效应法测量原理将通有电流 I的导体置于磁场中,则在垂直于电流 I和磁场 B方向上将产生一个附加电位差 E H, 这一现象是霍尔于 1879 年首先发现,故称霍尔效应。电位差 U H称为霍尔电压。霍尔效应在霍尔效应中导体的电子在洛仑兹力 f L作用下, 向图中虚线箭头所指的位于 y轴负方向的 B侧偏转,并使 B侧形成电子积累,而相对的 A侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力 f E的作用。随着电荷积累的增加, f E增大,当两力大小相等(方向相反)时, f L=-f E,则电子积累便达到动态平衡。★设电子按均一速度,向图示的 X负方向运动,在磁场 B作用下,所受洛仑兹力为: f L= - e B 。 VV 同时,电场作用于电子的力为: f E l H H eV eE????式中: E H为霍尔电场强度, V H为霍尔电势, l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时:f L= - f E B=V H/l V 设霍尔元件宽度为,厚度为 d ,载流子浓度为 n ,则霍尔元件的工作电流为 ldV ne Is?则得到霍尔电压 d IsB Rd IsB ne lEV H HH??? 1 ne R H1?称为霍尔系数当霍尔元件的材料和厚度确定时,设: ned ldRK HH//??可得: IsB KV H H?式中: 称为元件的灵敏度 HK 当电流 I为常数时,有V H = K H IB =k 0B,通过测量霍尔电压 V H,就可计算出未知磁场强度 B。使用方法 1、准备工作:仪器使用前,先开机预热 1 0 分钟。 2、。如下图 DH4501A 型亥姆霍兹线圈磁场实验仪接线示意图如果只是用二个线圈中的某一个产生磁场时,可选择左边或者右边的线圈,,黑接线柱与黑接线柱相连.