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亥姆霍茲線圈

亥姆霍茲線圈

亥姆霍茲線圈,是指如果有一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當線圈間距等於線圈半徑時,兩個載流線圈的總磁場在軸的中點附近的較大範圍內是均勻的。故在生產和科研中有較大的實用價值,也常用於弱磁場的計量標準。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。

目錄

基本信息

中文名; 亥姆霍茲線圈

主要用途; 產生標準磁場

實用價值; 計量標準

實驗儀器; 亥姆霍茲線圈演示儀

概念

如果有一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當線圈間距等於線圈半徑時,兩個載流線圈的總磁場在軸的中點附近的較大範圍內是均勻的。故在生產和科研中有較大的實用價值,也常用於弱磁場的計量標準。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。

典型的單軸亥姆霍茲線圈是具有相同線圈匝數,相同線圈繞制方式,線圈半徑等於線圈間距的兩個線圈組成的。亥姆霍茲線圈一般用來產生指定體積比較大、均勻度比較高,但磁場值比較弱的磁場。用戶可以利用這個磁場來完成各種實驗,亥姆霍茲線圈可根據不同的應用產生靜態DC或AC磁場。其主要應用:地球磁場的抵消、判定磁屏蔽效應、電子設備的磁化係數、磁通門計和航海設備的校準、生物磁場的研究及與磁通計配合使用檢測永磁體特性。

特點

亥姆霍茲線圈是用兩個半徑和匝數完全相同的線圈,將其同軸排列並令間距等於半徑,串接而成的線圈。用它可以產生極微弱的磁場直至數百Gs的磁場,可用於地球磁場的抵消補償、檢測永磁體特性等。

◆ 主要特點

空間開闊,使用方便 ;

磁場與供電電流有很好的線性關係;

使用磁場空間有很寬的均勻區 ;

適於製造一維、二維和三維空間組合磁場;

◆ 主要用途

產生標準磁場;

霍爾探頭和各種磁強計的定標 ;

地磁場的補償 ;

磁屏蔽效果的判定 ;

空間輻射磁場的測量和排除 ;

物質磁特性的研究;

生物磁性的研究;

實驗

【實驗目的】:

1.觀察亥姆霍茲線圈中間磁場的均勻性,驗證磁場疊加原理。

2.了解一種得到均勻磁場的實驗室方法。

【實驗儀器】:亥姆霍茲線圈演示儀

【實驗原理】:

亥姆霍茲線圈是由兩個相同的線圈同軸放置,其中心間距等於線圈的半徑。將兩個線圈通以同向電流時,磁場疊加增強,並在一定區域形成近似均勻的磁場;通以反向電流時,則疊加使磁場減弱,以至出現磁場為零的區域。

給霍爾元件通以恆定電流時,它在磁場中會感應出霍爾電壓,霍爾電壓的高低與霍爾元件所在處的磁感應強度成正比,因而可以用霍耳元件測量磁場。本實驗中電子屏顯示的就是放大後霍爾電壓的數值,它的變化規律與所在處磁場的變化規律一致。

【實驗步驟】:

1.打開數碼顯示屏後面板的開關,先對LED顯示屏調零;

2.打開穩壓電源(已調好),同方向閉合兩電鍵(使兩線圈通以相同方向電流),轉動小手柄,使位於線圈軸線上的霍爾元件由導軌的一端緩慢移向另一端,觀察兩同向載流圓線圈磁場合成後的分布。 (顯示屏示數由小變大,中間一段基本不變,最後又由大變小);

3.改變其中一個線圈的電流方向,重複3的操作,觀察兩反向載流圓線圈磁場合成後的分布。(顯示屏示數由小變大,由大變小,又由小變大,由大變小)。把霍耳元件移動到兩個線圈的中部,可找到合磁場為零的位置;

4.斷開一個線圈的電流,重複3的操作,? 觀察一個載流圓線圈磁場的分布。(顯示屏示數由小變大,又由大變小);

5.實驗結束,打開電鍵,關閉顯示屏和線圈電源。

【注意事項】:

1.在線圈沒有接通時,將顯示器調零;

2.轉動手柄時需緩慢;

3.線圈通電電流不能過大,時間不能太長,以免燒毀線圈;

4.線圈通電時,不要觸及電鍵,以確保安全。[1]

參考文獻

  1. 科學巨匠亥姆霍茲的傳奇故事, 快資訊學 ,2021-09-19