亥姆霍茲線圈概念

如果有一對(duì)相同的載流圓線圈彼此平行且共軸，通以同方向電流，當(dāng)線圈間距等于線圈半 徑時(shí)，兩個(gè)載流線圈的總磁場(chǎng)在軸的中點(diǎn)附近的較大范圍內(nèi)是均勻的。故在生產(chǎn)和科研中有較大的實(shí)用價(jià)值，也常用于弱磁場(chǎng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)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(shù)，相同線圈繞制方式，線圈半徑等于線圈間距的兩個(gè)線圈組成的。亥姆霍茲線圈一般用來(lái)產(chǎn)生指定體積比較大、均勻度比較高，但磁場(chǎng)值比較弱的磁場(chǎng)。用戶可以利用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)完成各種實(shí)驗(yàn)，亥姆霍茲線圈可根據(jù)不同的應(yīng)用產(chǎn)生靜態(tài)DC或AC磁場(chǎng)。其主要應(yīng)用：地球磁場(chǎng)的抵消、判定磁屏蔽效應(yīng)、電子設(shè)備的磁化系數(shù)、磁通門計(jì)和航海設(shè)備的校準(zhǔn)、生物磁場(chǎng)的研究及與磁通計(jì)配合使用檢測(cè)永磁體特性。

亥姆霍茲線圈是用兩個(gè)半徑和匝數(shù)完全相同的線圈，將其同軸排列并令間距等于半徑，串接而成的線圈。用它可以產(chǎn)生極微弱的磁場(chǎng)直至數(shù)百Gs的磁場(chǎng)，可用于地球磁場(chǎng)的抵消補(bǔ)償、檢測(cè)永磁體特性等。

◆ 主要特點(diǎn)

空間開(kāi)闊，使用方便 ；

磁場(chǎng)與供電電流有很好的線性關(guān)系；

使用磁場(chǎng)空間有很寬的均勻區(qū) ；

適于制造一維、二維和三維空間組合磁場(chǎng)；

◆ 主要用途

產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)；

霍爾探頭和各種磁強(qiáng)計(jì)的定標(biāo) ；

地磁場(chǎng)的補(bǔ)償 ；

磁屏蔽效果的判定 ；

空間輻射磁場(chǎng)的測(cè)量和排除 ；

物質(zhì)磁特性的研究；

生物磁性的研究；

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?/p>

1.觀察亥姆霍茲線圈中間磁場(chǎng)的均勻性，驗(yàn)證磁場(chǎng)疊加原理。

2.了解一種得到均勻磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器】：亥姆霍茲線圈演示儀

【實(shí)驗(yàn)原理】：

亥姆霍茲線圈是由兩個(gè)相同的線圈同軸放置，其中心間距等于線圈的半徑。將兩個(gè)線圈通以同向電流時(shí)，磁場(chǎng)疊加增強(qiáng)，并在一定區(qū)域形成近似均勻的磁場(chǎng)；通以反向電流時(shí)，則疊加使磁場(chǎng)減弱，以至出現(xiàn)磁場(chǎng)為零的區(qū)域。

給霍爾元件通以恒定電流時(shí)，它在磁場(chǎng)中會(huì)感應(yīng)出霍爾電壓，霍爾電壓的高低與霍爾元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，因而可以用霍耳元件測(cè)量磁場(chǎng)。本實(shí)驗(yàn)中電子屏顯示的就是放大后霍爾電壓的數(shù)值，它的變化規(guī)律與所在處磁場(chǎng)的變化規(guī)律一致。

【實(shí)驗(yàn)步驟】：

1.打開(kāi)數(shù)碼顯示屏后面板的開(kāi)關(guān)，先對(duì)LED顯示屏調(diào)零；

2.打開(kāi)穩(wěn)壓電源（已調(diào)好），同方向閉合兩電鍵（使兩線圈通以相同方向電流），轉(zhuǎn)動(dòng)小手柄，使位于線圈軸線上的霍爾元件由導(dǎo)軌的一端緩慢移向另一端，觀察兩同向載流圓線圈磁場(chǎng)合成后的分布。 （顯示屏示數(shù)由小變大，中間一段基本不變，最后又由大變小）；

3.改變其中一個(gè)線圈的電流方向，重復(fù)3的操作，觀察兩反向載流圓線圈磁場(chǎng)合成后的分布。（顯示屏示數(shù)由小變大，由大變小，又由小變大，由大變?。０鸦舳苿?dòng)到兩個(gè)線圈的中部，可找到合磁場(chǎng)為零的位置；

4.斷開(kāi)一個(gè)線圈的電流，重復(fù)3的操作，? 觀察一個(gè)載流圓線圈磁場(chǎng)的分布。（顯示屏示數(shù)由小變大，又由大變?。?；

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，打開(kāi)電鍵，關(guān)閉顯示屏和線圈電源。

【注意事項(xiàng)】：

1.在線圈沒(méi)有接通時(shí)，將顯示器調(diào)零；

2.轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)需緩慢；

3.線圈通電電流不能過(guò)大，時(shí)間不能太長(zhǎng)，以免燒毀線圈；

4.線圈通電時(shí)，不要觸及電鍵，以確保安全。