GT4501 亥姆霍兹线圈磁场实验仪应用

  GT4501亥姆霍兹线圈磁场实验仪(以下简称磁场实验仪),由亥姆霍兹线圈架和磁场测量仪二个部分组成.该磁场实验仪是集信号发生、信号感应、测量显示于一体的多用途教学实验仪器,可用于研究交流线圈磁场分布、亥姆霍兹线圈磁场分布.该磁场实验仪具有激励信号的频率可变、输出强度连续可调的特点,可以研究不同激励频率、不同磁场强度下,探测线圈上产生不同感应电动势的情况.探测线圈由二维移动装置带动,可作横向、径向连续调节,还可作360度连续旋转,从而实现了探测线圈的三维连续可调.这种结构设计丰富了实验内容,可以方便测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布情况、载流圆形线圈(或亥姆霍兹线圈)的径向磁场分布情况、以及研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈(或亥姆霍兹线圈)的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律.该磁场实验仪具有测量原理简单,测量方法简便及测试灵敏度较高等优点,适合各高校物理实验室使用.

  亥姆霍兹实验仪由二部分组成.它们分别为励磁线)和磁场测量仪器部分(见图3).

  移动装置:横向可移动距离250mm,纵向可移动距离70mm 距离分辨率1mm

  探测线亥姆霍兹磁场测量仪频率范围:20~200Hz,频率分辨率:0.1Hz,测量误差:1%

  数显毫伏表电压测量范围:0~20mV,测量误差:1%,3位半LED数显4) 电源:220V±10%,功耗:50VA

  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,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,如图5所示.这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛.

  设Z为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离,则亥姆霍兹线圈轴线上该点的磁感应强度为:

  当实验取N0=400匝,R=105mm.当f=120Hz,I=60mA(有效值)时,在中心O处Z=0,可算得亥姆霍兹线圈(两个线圈成)磁感应强度为:B=0.206mT

  ,这时的感应电动势的幅值最大.如果用数字式毫伏表测量此时线圈的电动势,则毫伏表的示值(有效值)

  实验中由于磁场的不均匀性,这就要求探测线圈要尽可能的小.实际的探测线圈又不可能做得很小,否则会影响测量灵敏度.一般设计的线圈长度L和外径D有L =2/3D的关系,线圈的内径d与外径D有d≤3/D的关系,尺寸示意图见图7.线圈在磁场中的等效面积,经

  用随仪器带来连线的一头为插头、另一头为分开的带有插片的连接线(分红、黑两种),将插头插入测量仪的激励电流输出端子,插片的一头接至线圈测试架上的励磁线圈端子(分别可以做圆线圈实验和亥姆霍兹线圈实验),红接线柱用红线连接,黑接线柱用黑线连接.将插头插入测量仪的感应电压输入端子,插片的一头接至线圈测试架上的输出电压端子,红接线柱用红线连接,黑接线柱用黑线连接.

  1) 测量圆电流线圈轴线接线.调节频率调节电位器,使频率表读数为120Hz.调节磁场实验仪的电流调节电位器,使励磁电流有效值为I=60mA,以圆电流线圈中心为坐标原点,每隔10.0mm测一个Umax值,测量过程中注意保持励磁电流值不变,并保证探测线圈法线方向与圆电流线(从理论上可知,如果转动探测线

  时应该得到两个相同的Umax 值,但实际测量时,这两个值往往不相等,这时就应该分别测出这两个值,然后取其平均值计算对应点的磁感应强度).同学们在做实验时,可以把探测线

  ,测量一组数据对比一下,正、反方向的测量误差如果不大于2%,则只做一个方向的数据即可,否则,应分别按正、反方向测量,再求算平均值作为测量结果 .

  按第五章节有关要求,把磁场实验仪的两个线圈串联起来,接到磁场测试仪的励磁电流两端.调节频率调节电位器,使频率表读数为120Hz.调节磁场实验仪的电流调节电位器,使励磁电流有效值为I=60mA.以两个圆线圈轴线上的中心点为坐标原点,每隔10.0mm测一个Umax 值.

  3) 测量亥姆霍兹线圈沿径向的磁场分布.按实验6.1.2,固定探测线圈法线方向与圆电流轴线

  ,转动探测线圈径向移动手轮,每移动10mm测量一个数据,按正、负方测到边缘为止,记录数据并作出磁场分布曲线) 验证公式e

  与COS q成正比.按实验要求,把探测线圈沿轴线固定在某一位置,让探测线、2700,再回到00.每改变100测一组数据.

  (注:亦可选取其他位置或其他方向),并保持不变.调节磁场测试仪输出电流频率,在20Hz~150Hz范围内,每次频率改变10Hz,逐次测量感应电动势的数值并记录.

  1) 圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据记录,注意这时坐标原点设在圆心处.(要求列表记录,表格中包括测点位置,数字式毫伏表读数,以及由Umax换算得到的B值,并在表格中表示出各测点对应的理论值),在同一坐标纸上画出实验曲线与理论曲线 f= Hz

  1) 单线圈轴线上磁场的分布规律如何?亥姆霍兹线圈是怎样组成的?其基本条件有哪些?它的磁场分布特点又怎样?

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