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磁场测量

一、概 述

DH4501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。

二、仪器构成

亥姆霍兹实验仪由二部分组成。它们分别为励磁线圈架部分（见图 1和图 2）和磁场测量仪器部分（见图 3）。

图 1 亥姆霍兹线圈架部分

亥姆霍兹线圈架部分有一传感器盒，盒中装有用于测量磁场的感应线圈。

三、主要技术性能

3.1环境适应性：工作温度 10～35℃；

相对湿度20～80%。

3.2亥姆霍兹线圈架

二个励磁线圈：线圈有效半径 105mm

线圈匝数（单个） 400匝

二线圈中心间距 105mm

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

探测线圈：匝数1000，旋转角度360o。

图 2 DH4501亥姆霍兹线圈架面板

图3 DH4501亥姆霍兹线圈磁场测量仪面板

3.3 DH4501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%

正弦波：输出电压幅度：最大20Vp-p，输出电流幅度：最大200mA。

数显毫伏表电压测量范围：0～20mV，测量误差：1%，3位某某LED数显

3.4电源：220V±10%，功耗：50VA

3.5外形尺寸：亥姆霍兹线圈架 340×270×250mm

磁场测试仪 320×300×120mm

3.6总质量：15kg

四、实验原理

4.1载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场

4.1.1载流圆线圈磁场

一半径为Ｒ，通以电流Ｉ的圆线圈，轴线上磁感应强度的计算公式为

（1）

式中
为圆线圈的匝数，
为轴上某一点到圆心O的距离。
。 轴线上磁场的分布如图4所示。

图 4 单个圆环线圈磁场分布 图 5亥姆霍兹线圈磁场分布

本实验取Ｎ０＝400匝，Ｒ＝105mm。当f=120Hz，Ｉ＝60mＡ（有效值）时，在圆心O处x＝0，可算得单个线圈的磁感应强度为：B=0.144mT

4.1.2亥姆霍兹线圈

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：

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6.3.1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？

6.3.2探测线圈放入磁场后，不同方向上毫伏表指示值不同，哪个方向最大？如何测准Ｕmax值？指示值最小表示什么？

6.3.3分析圆电流磁场分布的理论值与实验值的误差的产生原因？

七、仪器维护与保养

7.1仪器在搬运及放置时，应避免强烈振动和受到撞击。

7.2仪器长时间不使用时，请套上塑料袋，防止潮湿空气长期与仪器接触。房间内空气湿度应小于80%。

7.3仪器使用时，应避免周围有强烈磁场源的地方。

7.4长期放置不用后再次使用时，请先加电预热30min后使用。

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