亥姆霍兹.doc

南昌大学物理实验报告课程名称: 物理实验名称: 亥姆霍兹学院:建工学院 专业班级:建环151班学生姓名:张超 学号:6003215005实验地点:基础实验大楼212 座位号:28实验时间:第四周星期一上午十点十分开始1、实验目的1、学****和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法2、测量载流线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布2、实验原理1、载流线圈与亥姆霍兹线圈的磁场(1)载流线圈磁场根据比奥-萨戈尔定律,载流线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点磁感应强度B为B=式中N0为圆线圈的匝数,为轴上某一点到圆心O的距离。(2)亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈是两个相同的圆线圈,彼此平行且共轴,通以同方向电流I,理论计算证明:当线圈间距a等于线圈半径R时,两线圈合磁场在轴线上(两线圈圆心连线)附近较大范围内是均匀的。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势差,这一现象是霍尔与1879年首发现,故称霍尔效应。电势差UH称为霍尔电压。 如图所示n型半导体,若导体中电流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平面偏移和聚集,在P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EH(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。此时在上下平面间形成一个稳定的电压UH(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=KHI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。3、实验仪器亥姆霍兹线圈实验仪4、实验内容与步骤1、测量圆电流线圈轴线上磁场的分布接好电路。调节磁场实验仪的输出功率,使励磁电流有效值为I=200mA,以圆电流线圈中心为坐标原点,,测量过程中注意保持励磁电流值不变,记录数据并作出磁场分布曲线图。2、测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布把磁场实验仪的两组线圈串联起来(注意极性不要接反),接到磁场测试仪的输出端钮。调节磁场测试仪的输出功率,使励磁电流有效值仍为