亥姆霍茲線圈

赫爾曼·馮·亥姆霍茲提出的線圈

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。亥姆霍茲線圈中心軸線處磁場可以計算得到。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。

磁場


亥姆霍茲線圈中心軸線處磁場可以計算得到。設兩線圈相距為,半徑均為且共軸,取兩線圈圓心連線中點為處,可以計算得到。容易計算得到,當時,中心處磁場最均勻。

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的磁場,可用於地球磁場的抵消補償、檢測永磁體特性等。
亥姆霍茲線圈
亥姆霍茲線圈
◆ 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。
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后霍爾電壓的數值,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后的分佈。 (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后的分佈。(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佈。(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。