亥姆赫兹线圈实验装置

① 亥姆赫兹线圈实验误差来源分析

单线圈轴线上磁感应强度分布的理论值和实验值的误差产生的原因：

1、线圈可能歪斜，并不在竖直平面；

2、对环心位置估计有误差；

3、仪器原因。

亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布误差产生的原因是：

1、 其他磁场对线圈磁场强度测量的干扰；

2、 亥姆霍兹线圈的两个线圈的圆心不在同一水平线上，导致实验误差；

3、 实验仪器本身具有一定的误差。

② 亥姆霍兹线圈的实验

【实验目的】：
1.观察亥姆霍兹线圈中间磁场的均匀性，验证磁场叠加原理。
2.了解一种得到均匀磁场的实验室方法。
【实验仪器】：亥姆霍兹线圈演示仪
【实验原理】：
亥姆霍兹线圈是由两个相同的线圈同轴放置，其中心间距等于线圈的半径。将两个线圈通以同向电流时，磁场叠加增强，并在一定区域形成近似均匀的磁场；通以反向电流时，则叠加使磁场减弱，以至出现磁场为零的区域。
给霍尔元件通以恒定电流时，它在磁场中会感应出霍尔电压，霍尔电压的高低与霍尔元件所在处的磁感应强度成正比，因而可以用霍霍尔元件测量磁场。本实验中电子屏显示的就是放大后霍尔电压的数值，它的变化规律与所在处磁场的变化规律一致。
【实验步骤】：
1.打开数码显示屏后面板的开关，先对LED显示屏调零；
2.打开稳压电源（已调好），同方向闭合两电键（使两线圈通以相同方向电流），转动小手柄，使位于线圈轴线上的霍尔元件由导轨的一端缓慢移向另一端，观察两同向载流圆线圈磁场合成后的分布。 （显示屏示数由小变大，中间一段基本不变，最后又由大变小）；
3.改变其中一个线圈的电流方向，重复3的操作，观察两反向载流圆线圈磁场合成后的分布。（显示屏示数由小变大，由大变小，又由小变大，由大变小）。把霍耳元件移动到两个线圈的中部，可找到合磁场为零的位置；
4.断开一个线圈的电流，重复3的操作，? 观察一个载流圆线圈磁场的分布。（显示屏示数由小变大，又由大变小）；
5.实验结束，打开电键，关闭显示屏和线圈电源。
【注意事项】：
1.在线圈没有接通时，将显示器调零；
2.转动手柄时需缓慢；
3.线圈通电电流不能过大，时间不能太长，以免烧毁线圈；
4.线圈通电时，不要触及电键，以确保安全。

③ 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

“亥姆霍线圈”是组成与其组成基本条件：

如果有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。故在生产和科研中有较大的实用价值，也常用于弱磁场的计量标准。

磁场分布特点是：在内部产生均匀度较高的磁场，一般长螺线管的均匀度要优于亥姆霍线圈，但对两者都可以加补偿线圈来得到很高的均匀度。

由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观察，所以，是物理实验常使用的器件。因德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹而命名。

(3)亥姆赫兹线圈实验装置扩展阅读：

亥姆霍兹线圈是由一对完全相同的圆形导体线圈组成。采用直角坐标系，这两个半径为R的圆形线圈的中心轴都与z-轴同轴。

关于在空间任意位置的精确磁场计算，需要应用到贝索函数或椭圆函数与其相关技巧。沿着线圈的中心轴（z-轴），涉及到的计算比较简单，可以应用泰勒展开，将磁场展开为z的幂级数。采用直角坐标系，以亥姆霍兹线圈的中心位置为z-轴的原点O。由于对于xy-平面的对称性，奇数幂项目必等于零。

工频磁场的特点是频率低、波长长、其试验波形为工频正弦波，可对各种电气和电子设备造成不同程度的影响。例如，电度表等一类设备，在工频磁场作用下可能会产生程序紊乱、内存数据丢失和计度误差等误动作。

④ 亥姆霍兹线圈实验采用什么原理测量磁场

1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场
（1） 载流圆线圈磁场
一半径为R,通以电流I的圆线圈,轴线上磁场的公式为
（1-1）
式中 为圆线圈的匝数, 为轴上某一点到圆心O的距离. 它的磁场分布图如图1-1所示.
（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1-2所示.
2．霍尔效应法测磁场
（1）霍尔效应法测量原理
将通有电流I的导体置于磁场中,则在垂直于电流I和磁场B方向上将产生一个附加电位差,这一现象是霍尔于1879年首先发现,故称霍尔效应.电位差 称为霍尔电压.
如图3-1所示N型半导体,若在MN两端加上电压U,则有电流I沿X轴方向流动（有速度为V运动的电子）,此时在Z轴方向加以强度为B的磁场后,运动着的电子受洛伦兹力FB的作用而偏移、聚集在S平面；同时随着电子的向S平面（下平面）偏移和聚集,在P平面（上平面）出现等量的正电荷,结果在上下平面之间形成一个电场 （此电场称之为霍尔电场）.这个电场反过来阻止电子继续向下偏移.当电子受到的洛伦兹力和霍尔电场的反作用力这二种达到平衡时,就不能向下偏移.此时在上下平面（S、P平面）间形成一个稳定的电压 （霍尔电压）.
（2）霍尔系数、霍尔灵敏度、霍尔电压
设材料的长度为l,宽为b,厚为d,载流子浓度为n,载流子速度v,则与通过材料的电流I有如下关系：
I=nevbd
霍尔电压 UH=IB/ned=RHIB/d=KHIB
式中霍尔系数RH=1/ne,单位为m3/c；霍尔灵敏度KH=RH/d,单位为mV/mA
由此可见,使I为常数时,有UH= KHIB =k0B,通过测量霍尔电压UH,就可计算出未知磁场强度B.
本实验使用的仪器用集成霍尔元件,已经与显示模块联调,直接显示磁场强度.
实验仪器
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磁场测量仪器部分
亥姆霍兹线圈架：
二个励磁线圈：线圈有效半径 105mm
线圈匝数 500匝
二线圈中心间距 105mm
测量磁场传感器： 4501A使用霍尔元件测量磁场.
移 动 装 置：横向可移动距离150mm,纵向可移动距离50mm
距离分辨力0.5mm

⑤ 地磁场测定实验

一、实验原理

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钻、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻发生改变，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

二、实验装置

测量地磁场装置主要包括底座、转轴，带角刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈、地磁场测定仪控制主机(包括数字式电压表、5V直流电源等)

三、实验步骤如下

1、将磁阻传感器放置在亥姆霍兹线圈公共轴线中点，并使管脚和磁感应强度方向平行。即传感器的感应面与亥姆霍磁线圈轴线垂直。用亥姆霍磁线圈产生磁场作为已知量，测量磁阻传感器的灵敏度K。

2、将磁阻传感器平行固定在转盘上，调整转盘至水平(可用水准器指示)。水平旋转转盘，找到传感器输出电压最大方向，这个方向就是地磁场磁感应强度的水平分量B1的方向。记

录此时传感器输出电压U1后，再旋转转盘,记录传感器输出最小电压U2 ,由|U1-U2|/2=KB1，求得当地地磁场水平分量B1。

3、将带有磁阻传感器的转盘平面调整为铅直，并使装置沿着地磁场磁感应强度水平分量B1方向放置，只是方向转90度。转动调节转盘，分别记下传感器输出最大和最小时转盘指示值和水平面之间的夹角β1和β2，同时记录此最大读数U3和U4。由磁倾角β=(β1+β2)/2计算β的值。

4、由U3 -U4/2= KB ,计算地磁场磁感应强度B的值。并计算地磁场的垂直分量B=Bsinβ。

本实验须注意：实验仪器周围的一定范围内不应存在铁磁金属物体，以保证测量结果的准确性。

⑥ 实验前为什么要校准霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪怎样校准仪器

校正可以知道仪器的精准度状况，更重要是可以保证被校验仪器或设备的所量测数据的精准度，继而保证所测量产品品质。

首先是对仪器进行检查，而这个检查需要对仪器进行实验性的操作，并且要记录操作过后的实验数据，别忘了实验次数尽量多一点，以确保不会出问题，最后就是数据的比对，可以根据标准值与实验值得差距推算出仪器的精准度，而这也就达到了我们进行仪器校准的目的。

(6)亥姆赫兹线圈实验装置扩展阅读：

仪器量具校准是为了让仪器设备能够正常的运行，并且不会出错。其次就是国家相关规定的要求，没有检测报告和标准的仪器量具是很难获得认可的。

通常，霍尔效应传感器和电路相连，从而允许设备以数位（开/关）模式操作，在这种情况下可以被称为开关。工业中常见的设备，例如气缸，也被用于日常设备中，如一些打印机使用他们来监测缺纸和敞盖的情况。当键盘被要求高可靠性时，便也设计霍尔传感器在其按键内。

霍尔效应传感器通常被用于计量车轮和轴的速度，例如在内燃机点火定时（正时）或转速表上。其在无刷直流电动机的使用，用来检测永磁铁的位置。图示中的轮子，带有两个等距的磁铁，传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值，此设置通常被用来校准磁盘驱动的速率。

⑦ 什么叫亥姆霍兹线圈，此线圈的磁场分布有何特点

亥姆霍兹线圈是一种制造小范围区域均匀磁场的器件。由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观察，所以，是物理实验常使用的器件。

特点：空间开阔，使用方便；磁场与供电电流有很好的线性关系；使用磁场空间有很宽的均匀区；适于制造一维、二维和三维空间组合磁场。

(7)亥姆赫兹线圈实验装置扩展阅读：

关于在空间任意位置的精确磁场计算，需要应用到贝索函数或椭圆函数与其相关技巧。沿着线圈的中心轴（z-轴），涉及到的计算比较简单，可以应用泰勒展开，将磁场展开为z的幂级数。

采用直角坐标系，以亥姆霍兹线圈的中心位置为z-轴的原点O。由于对于xy-平面的对称性，奇数幂项目必等于零。经过调整两个线圈之间的距离h，可以使得O点成为拐点，则可以保证z2级项目为零，因此领先不均匀项目是z4级项目。

⑧ 亥姆赫兹线圈 如何利用该实验装置验证公式

如果有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。故在生产和科研中有较大的实用价值，也常用于弱磁场的计量标准。这对线圈称为亥姆霍兹线圈。亥姆赫兹线圈的磁场分布特点是其内的磁场近似匀强磁场，也就是说均匀度比较高，类似长螺线管的磁场，但是均匀度没那个高，可以通过多组线圈排布来增加其均匀度。
亥姆霍兹线圈是用两个半径和匝数完全相同的线圈，将其同轴排列并令间距等于半径，串接而成的线圈。用它可以产生极微弱的磁场直至数百Gs的磁场，可用于地球磁场的抵消补偿、检测永磁体特性等。

⑨ “亥姆霍线圈”是怎样组成的其组成基本条件有哪些它的磁场分布特点又是怎样

“亥姆霍线圈”是组成与其组成基本条件：

如果有一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，当线圈间距等于线圈半径时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。故在生产和科研中有较大的实用价值，也常用于弱磁场的计量标准。这对线圈称为亥姆霍兹线圈。如下图：

磁场分布特点是：在内部产生均匀度较高的磁场，一般长螺线管的均匀度要优于亥姆霍线圈，但对两者都可以加补偿线圈来得到很高的均匀度。

⑩ 亥母赫兹线圈

■概述:用磁通表检测永磁体时通常采用“提拉法”，对已充磁样品用扁平线圈进行套磁通这种方法直观而有效，但缺点是对每种不同规格的样品，必须做不同尺寸的线圈，严格来说对非常薄的样品，检测线圈的制备的难度也是较大的。费事而低效。用亥姆霍兹线圈装置测磁通，在一定程度上可以解决上述问题，因而近年来国内永磁体生产厂家广泛的采用这种方法对批量产品进行检测。
■亥姆霍兹测量装置的特点
亥姆霍兹测量装置是一种由一定的直径与高度比的两组线圈组成的筒形测量装置，将样品按充磁方向放入筒内，或从筒内取出这一简单操作过程而实现测量，根据其原理，对被检样品的几何形状没有任何限制，如圆柱形、圆片形、矩形、瓦形等，均能适应（对多对磁极不适用）。
■“亥姆霍兹”线圈装置为适应多种尺寸规格产品，因而线圈框架较大包围的面积也大，与紧密线圈法相比，在相同的匝常数情况下，亥姆霍兹装置测得的值要低，但是一般批量测量时，其着眼点是判定产品合格与否，对具体值不关注。例如对被测磁体的磁通为1.320为合格，而在亥姆霍兹线圈中测得815也是无关紧要的，只要将合格品要求的上、下限按新的比例要求降下来即可，但值得注意的是由于目前的磁通表大约精度都在0.5%~5%之间，为了发挥表的检测精度，用亥姆霍兹线圈装置测量样品时，必须显示三位或三位以上有效数字，这可以用选择不同的倍乘档位及改变亥姆霍兹线圈匝数相结和来实现。
■亥姆霍兹线圈筒外径与被测样品最大外径关系
该装置可以适应较多几何尺寸形状的样品进行检测，但最大外径也有一定的限度，大体的比例关系如下：
径向60%D（D为亥姆霍兹线圈直径）
纵向70%H（H为亥姆霍兹线圈高度的1/2）
■可行性验证
任何一种装置是否能用于定量检测首要的前提就是检测值的重复性，重复性越高则人为检测误差就越小，没有一定的重复性就不能用于做定量检测，在亥姆霍兹线圈装置的测量中，人为误差的来源在于样品放入筒中位置的不重复造成，被测样品的几何中心位置尽量与筒的中心位置重合或者靠近，被测样品不能靠近筒的边缘放入或取出时读磁通。上述第二项中所述之径向，60%D这就是样品每次放入或取出的区域，只要样品放入这个区域读取检测值，一般对于同种规格的样品人为误差引入0.2~0.5%FS之间是可以实现的，即达到一定的检测精度，又提高了检测速度，达到我们所预期目的。继续增大被测样品外径人为误差就会增大很快，（被测样品不能全部放入“磁场的均匀区“所至）。同时也增大了操作难度，及检测速度，可行性验证并不困难，把亥姆霍兹线圈接入磁通表按常规使用方法操作仪器，这时主要是零点要尽量调校好——漂移，愈慢愈好。这时将被测样品放入筒内读数据，（沿充磁方向放入或取出，不能乱抛）对同一样品反复多次测量读取一系列的数据如2、3、2、4，等等，再将这一系列数据的末位值相加除以测量次数得到一个平均数，取这个数的整数部分，把前两位重复数值照写，得到一个新的三位数，这个三位数我们暂且认为它就是准
确值（不包括仪器误差）然后在进行误差运算评估，即得到人为附加误差与仪器精度进行比较。这个过程是在某一种产品首次用本装置检测时所必须的过程。（并非是每次使用都要这样进行一番）一般选取的三位有效数字进行评估，如果末位字跳动较大时应选取4位数进行评估。