亥姆赫茲線圈實驗裝置

① 亥姆赫茲線圈實驗誤差來源分析

單線圈軸線上磁感應強度分布的理論值和實驗值的誤差產生的原因：

1、線圈可能歪斜，並不在豎直平面；

2、對環心位置估計有誤差；

3、儀器原因。

亥姆霍茲線圈軸線上的磁場分布誤差產生的原因是：

1、 其他磁場對線圈磁場強度測量的干擾；

2、 亥姆霍茲線圈的兩個線圈的圓心不在同一水平線上，導致實驗誤差；

3、 實驗儀器本身具有一定的誤差。

② 亥姆霍茲線圈的實驗

【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，因而可以用霍霍爾元件測量磁場。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，重復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，重復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。

③ 亥姆霍茲線圈是怎樣組成的其基本條件有哪些它的磁場分布特點又怎樣

「亥姆霍線圈」是組成與其組成基本條件：

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范圍內是均勻的。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准。

磁場分布特點是：在內部產生均勻度較高的磁場，一般長螺線管的均勻度要優於亥姆霍線圈，但對兩者都可以加補償線圈來得到很高的均勻度。

由於亥姆霍茲線圈具有開敞性質，很容易地可以將其它儀器置入或移出，也可以直接做視覺觀察，所以，是物理實驗常使用的器件。因德國物理學者赫爾曼·馮·亥姆霍茲而命名。

(3)亥姆赫茲線圈實驗裝置擴展閱讀：

亥姆霍茲線圈是由一對完全相同的圓形導體線圈組成。採用直角坐標系，這兩個半徑為R的圓形線圈的中心軸都與z-軸同軸。

關於在空間任意位置的精確磁場計算，需要應用到貝索函數或橢圓函數與其相關技巧。沿著線圈的中心軸（z-軸），涉及到的計算比較簡單，可以應用泰勒展開，將磁場展開為z的冪級數。採用直角坐標系，以亥姆霍茲線圈的中心位置為z-軸的原點O。由於對於xy-平面的對稱性，奇數冪項目必等於零。

工頻磁場的特點是頻率低、波長長、其試驗波形為工頻正弦波，可對各種電氣和電子設備造成不同程度的影響。例如，電度表等一類設備，在工頻磁場作用下可能會產生程序紊亂、內存數據丟失和計度誤差等誤動作。

④ 亥姆霍茲線圈實驗採用什麼原理測量磁場

1．載流圓線圈與亥姆霍茲線圈的磁場
（1） 載流圓線圈磁場
一半徑為R,通以電流I的圓線圈,軸線上磁場的公式為
（1-1）
式中 為圓線圈的匝數, 為軸上某一點到圓心O的距離. 它的磁場分布圖如圖1-1所示.
（2）亥姆霍茲線圈
所謂亥姆霍茲線圈為兩個相同線圈彼此平行且共軸,使線圈上通以同方向電流I,理論計算證明：線圈間距a等於線圈半徑R時,兩線圈合磁場在軸上（兩線圈圓心連線）附近較大范圍內是均勻的,如圖1-2所示.
2．霍爾效應法測磁場
（1）霍爾效應法測量原理
將通有電流I的導體置於磁場中,則在垂直於電流I和磁場B方向上將產生一個附加電位差,這一現象是霍爾於1879年首先發現,故稱霍爾效應.電位差 稱為霍爾電壓.
如圖3-1所示N型半導體,若在MN兩端加上電壓U,則有電流I沿X軸方向流動（有速度為V運動的電子）,此時在Z軸方向加以強度為B的磁場後,運動著的電子受洛倫茲力FB的作用而偏移、聚集在S平面；同時隨著電子的向S平面（下平面）偏移和聚集,在P平面（上平面）出現等量的正電荷,結果在上下平面之間形成一個電場 （此電場稱之為霍爾電場）.這個電場反過來阻止電子繼續向下偏移.當電子受到的洛倫茲力和霍爾電場的反作用力這二種達到平衡時,就不能向下偏移.此時在上下平面（S、P平面）間形成一個穩定的電壓 （霍爾電壓）.
（2）霍爾系數、霍爾靈敏度、霍爾電壓
設材料的長度為l,寬為b,厚為d,載流子濃度為n,載流子速度v,則與通過材料的電流I有如下關系：
I=nevbd
霍爾電壓 UH=IB/ned=RHIB/d=KHIB
式中霍爾系數RH=1/ne,單位為m3/c；霍爾靈敏度KH=RH/d,單位為mV/mA
由此可見,使I為常數時,有UH= KHIB =k0B,通過測量霍爾電壓UH,就可計算出未知磁場強度B.
本實驗使用的儀器用集成霍爾元件,已經與顯示模塊聯調,直接顯示磁場強度.
實驗儀器
亥姆霍茲實驗儀由二部分組成.它們分別為勵磁線圈架部分磁場測量儀器部分
亥姆霍茲線圈架：
二個勵磁線圈：線圈有效半徑 105mm
線圈匝數 500匝
二線圈中心間距 105mm
測量磁場感測器： 4501A使用霍爾元件測量磁場.
移 動 裝 置：橫向可移動距離150mm,縱向可移動距離50mm
距離分辨力0.5mm

⑤ 地磁場測定實驗

一、實驗原理

物質在磁場中電阻率發生變化的現象稱為磁阻效應。對於鐵、鑽、鎳及其合金等磁性金屬，當外加磁場平行於磁體內部磁化方向時，電阻幾乎不隨外加磁場變化；當外加磁場偏離金屬的內部磁化方向時，此類金屬的電阻發生改變，這就是強磁金屬的各向異性磁阻效應。

二、實驗裝置

測量地磁場裝置主要包括底座、轉軸，帶角刻度的轉盤、磁阻感測器的引線、亥姆霍磁線圈、地磁場測定儀控制主機(包括數字式電壓表、5V直流電源等)

三、實驗步驟如下

1、將磁阻感測器放置在亥姆霍茲線圈公共軸線中點，並使管腳和磁感應強度方向平行。即感測器的感應面與亥姆霍磁線圈軸線垂直。用亥姆霍磁線圈產生磁場作為已知量，測量磁阻感測器的靈敏度K。

2、將磁阻感測器平行固定在轉盤上，調整轉盤至水平(可用水準器指示)。水平旋轉轉盤，找到感測器輸出電壓最大方向，這個方向就是地磁場磁感應強度的水平分量B1的方向。記

錄此時感測器輸出電壓U1後，再旋轉轉盤,記錄感測器輸出最小電壓U2 ,由|U1-U2|/2=KB1，求得當地地磁場水平分量B1。

3、將帶有磁阻感測器的轉盤平面調整為鉛直，並使裝置沿著地磁場磁感應強度水平分量B1方向放置，只是方向轉90度。轉動調節轉盤，分別記下感測器輸出最大和最小時轉盤指示值和水平面之間的夾角β1和β2，同時記錄此最大讀數U3和U4。由磁傾角β=(β1+β2)/2計算β的值。

4、由U3 -U4/2= KB ,計算地磁場磁感應強度B的值。並計算地磁場的垂直分量B=Bsinβ。

本實驗須注意：實驗儀器周圍的一定范圍內不應存在鐵磁金屬物體，以保證測量結果的准確性。

⑥ 實驗前為什麼要校準霍爾法亥姆霍茲線圈磁場實驗儀怎樣校準儀器

校正可以知道儀器的精準度狀況，更重要是可以保證被校驗儀器或設備的所量測數據的精準度，繼而保證所測量產品品質。

首先是對儀器進行檢查，而這個檢查需要對儀器進行實驗性的操作，並且要記錄操作過後的實驗數據，別忘了實驗次數盡量多一點，以確保不會出問題，最後就是數據的比對，可以根據標准值與實驗值得差距推算出儀器的精準度，而這也就達到了我們進行儀器校準的目的。

(6)亥姆赫茲線圈實驗裝置擴展閱讀：

儀器量具校準是為了讓儀器設備能夠正常的運行，並且不會出錯。其次就是國家相關規定的要求，沒有檢測報告和標準的儀器量具是很難獲得認可的。

通常，霍爾效應感測器和電路相連，從而允許設備以數位（開/關）模式操作，在這種情況下可以被稱為開關。工業中常見的設備，例如氣缸，也被用於日常設備中，如一些列印機使用他們來監測缺紙和敞蓋的情況。當鍵盤被要求高可靠性時，便也設計霍爾感測器在其按鍵內。

霍爾效應感測器通常被用於計量車輪和軸的速度，例如在內燃機點火定時（正時）或轉速表上。其在無刷直流電動機的使用，用來檢測永磁鐵的位置。圖示中的輪子，帶有兩個等距的磁鐵，感測器上的電壓在一個周期內將兩次達到峰值，此設置通常被用來校準磁碟驅動的速率。

⑦ 什麼叫亥姆霍茲線圈，此線圈的磁場分布有何特點

亥姆霍茲線圈是一種製造小范圍區域均勻磁場的器件。由於亥姆霍茲線圈具有開敞性質，很容易地可以將其它儀器置入或移出，也可以直接做視覺觀察，所以，是物理實驗常使用的器件。

特點：空間開闊，使用方便；磁場與供電電流有很好的線性關系；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。

(7)亥姆赫茲線圈實驗裝置擴展閱讀：

關於在空間任意位置的精確磁場計算，需要應用到貝索函數或橢圓函數與其相關技巧。沿著線圈的中心軸（z-軸），涉及到的計算比較簡單，可以應用泰勒展開，將磁場展開為z的冪級數。

採用直角坐標系，以亥姆霍茲線圈的中心位置為z-軸的原點O。由於對於xy-平面的對稱性，奇數冪項目必等於零。經過調整兩個線圈之間的距離h，可以使得O點成為拐點，則可以保證z2級項目為零，因此領先不均勻項目是z4級項目。

⑧ 亥姆赫茲線圈 如何利用該實驗裝置驗證公式

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范圍內是均勻的。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准。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。亥姆赫茲線圈的磁場分布特點是其內的磁場近似勻強磁場，也就是說均勻度比較高，類似長螺線管的磁場，但是均勻度沒那個高，可以通過多組線圈排布來增加其均勻度。
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。

⑨ 「亥姆霍線圈」是怎樣組成的其組成基本條件有哪些它的磁場分布特點又是怎樣

「亥姆霍線圈」是組成與其組成基本條件：

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范圍內是均勻的。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准。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。如下圖：

磁場分布特點是：在內部產生均勻度較高的磁場，一般長螺線管的均勻度要優於亥姆霍線圈，但對兩者都可以加補償線圈來得到很高的均勻度。

⑩ 亥母赫茲線圈

■概述:用磁通表檢測永磁體時通常採用「提拉法」，對已充磁樣品用扁平線圈進行套磁通這種方法直觀而有效，但缺點是對每種不同規格的樣品，必須做不同尺寸的線圈，嚴格來說對非常薄的樣品，檢測線圈的制備的難度也是較大的。費事而低效。用亥姆霍茲線圈裝置測磁通，在一定程度上可以解決上述問題，因而近年來國內永磁體生產廠家廣泛的採用這種方法對批量產品進行檢測。
■亥姆霍茲測量裝置的特點
亥姆霍茲測量裝置是一種由一定的直徑與高度比的兩組線圈組成的筒形測量裝置，將樣品按充磁方向放入筒內，或從筒內取出這一簡單操作過程而實現測量，根據其原理，對被檢樣品的幾何形狀沒有任何限制，如圓柱形、圓片形、矩形、瓦形等，均能適應（對多對磁極不適用）。
■「亥姆霍茲」線圈裝置為適應多種尺寸規格產品，因而線圈框架較大包圍的面積也大，與緊密線圈法相比，在相同的匝常數情況下，亥姆霍茲裝置測得的值要低，但是一般批量測量時，其著眼點是判定產品合格與否，對具體值不關注。例如對被測磁體的磁通為1.320為合格，而在亥姆霍茲線圈中測得815也是無關緊要的，只要將合格品要求的上、下限按新的比例要求降下來即可，但值得注意的是由於目前的磁通表大約精度都在0.5%~5%之間，為了發揮表的檢測精度，用亥姆霍茲線圈裝置測量樣品時，必須顯示三位或三位以上有效數字，這可以用選擇不同的倍乘檔位及改變亥姆霍茲線圈匝數相結和來實現。
■亥姆霍茲線圈筒外徑與被測樣品最大外徑關系
該裝置可以適應較多幾何尺寸形狀的樣品進行檢測，但最大外徑也有一定的限度，大體的比例關系如下：
徑向60%D（D為亥姆霍茲線圈直徑）
縱向70%H（H為亥姆霍茲線圈高度的1/2）
■可行性驗證
任何一種裝置是否能用於定量檢測首要的前提就是檢測值的重復性，重復性越高則人為檢測誤差就越小，沒有一定的重復性就不能用於做定量檢測，在亥姆霍茲線圈裝置的測量中，人為誤差的來源在於樣品放入筒中位置的不重復造成，被測樣品的幾何中心位置盡量與筒的中心位置重合或者靠近，被測樣品不能靠近筒的邊緣放入或取出時讀磁通。上述第二項中所述之徑向，60%D這就是樣品每次放入或取出的區域，只要樣品放入這個區域讀取檢測值，一般對於同種規格的樣品人為誤差引入0.2~0.5%FS之間是可以實現的，即達到一定的檢測精度，又提高了檢測速度，達到我們所預期目的。繼續增大被測樣品外徑人為誤差就會增大很快，（被測樣品不能全部放入「磁場的均勻區「所至）。同時也增大了操作難度，及檢測速度，可行性驗證並不困難，把亥姆霍茲線圈接入磁通表按常規使用方法操作儀器，這時主要是零點要盡量調校好——漂移，愈慢愈好。這時將被測樣品放入筒內讀數據，（沿充磁方向放入或取出，不能亂拋）對同一樣品反復多次測量讀取一系列的數據如2、3、2、4，等等，再將這一系列數據的末位值相加除以測量次數得到一個平均數，取這個數的整數部分，把前兩位重復數值照寫，得到一個新的三位數，這個三位數我們暫且認為它就是准
確值（不包括儀器誤差）然後在進行誤差運算評估，即得到人為附加誤差與儀器精度進行比較。這個過程是在某一種產品首次用本裝置檢測時所必須的過程。（並非是每次使用都要這樣進行一番）一般選取的三位有效數字進行評估，如果末位字跳動較大時應選取4位數進行評估。