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感应法测量螺线管内磁场pdf


桂林电子科技大学物理实验中心

物理实验教案

感应法测量螺线管内磁场
[实验目的]
1.了解用交变感应法测量磁场的原理。 2.学会测量交变磁场的一种方法。 3.学会使用低频信号发生器和晶体管毫伏表。

[实验仪器]
螺线管磁场测试仪、低频信号发生器、晶体管毫伏表、旋转式电阻箱
<

br />[实验原理]
电流的周围存在磁场。 稳恒电流产生的磁场是不变的, 而交变电流产生的磁场则是随时 间发生变化的。当载流导线中通以交变电流时,其周围的空间将产生交变磁场。如果在欲测 磁场的位置安放一小探测线圈, 则因通过它的磁通量发生变化, 探测线圈将产生感应电动势。 如果使交变电流的频率较低, 则探测回路的感抗也很小, 这时探测回路的阻抗可近似为探测 线圈的电阻。测量出探测线圈的感应电动势的大小,就可以确定该处磁场的大小和方向。因 此, 感应法测磁场的核心是设计一个长度 L 和外径 d 比值合理的圆柱形探测线圈, 使得探测 线圈内的平均磁感应强度等于中心点的磁感应强度, 保证感应电动势的大小仅由此线圈中心 磁感应强度的变化来决定。

Be =

εe nS? cos θ ε eo nS?

式中 Be 为有效值。当 θ = 0 时,则

Beo = Beo = ε eo 2πfnS



(1)

可从低频信号发生器上读出。 其中 f 为交变电流频率, 式中各量单位:ε eo ─伏特, f ─赫兹,S ─米 ,Beo
2

图1

实验电路

─特斯拉。实际测量中,只要在待测点旋转线圈 T,电压表能读出最大值即为 ε e 。

理论磁场 Bx理

? ? ? ? L L ?x +x ? ? μIN ? ? 2 2 = + ? 1 1 ? 2 2 2L ? ? ? 2 ?? L ? 2? ?L ? ? 2 2 ? ?? ? x ? + ro ? ?? + x ? + ro ? ? ? ? ? ?? 2 ? ?? 2 ? ? ? ? ? ? ??

(2)

桂林电子科技大学物理实验中心

物理实验教案

[实验内容]
利用低频信号发生器作为低频低压交流电源 E, 用晶体管毫伏表测出探测线圈的感应电 动势,求出长直螺线管轴线上的磁场分布情况。

[实验操作要领]
1.按图 1 联接电路。图中 E 为低频信号发生器,○为晶体管毫伏表,L 为长直螺线管, V R 用多值电阻箱。将信号发生器各旋钮和晶体管毫伏表量程调到适当位置,接通电源,预热 15 分钟后开始测量。 2.将开关 K 倒向 1,调节信号发生器,将“频率范围”开关拔到所需范围档,转动盘 旋钮,使所需的频率对准指针即可。旋动“输出调节”可以改变螺线管中的电流 I e ,测定 (或记录)电阻 R 的值,则由毫伏表的读数 ε e 可算出电流 I e = ε eR R 。为了保持磁场稳定, 必须随时监测电流 I e ,即使 ε eR 保持不变。 3.将开关 K 倒向 2,毫伏表量程开关旋到 10 mV (或 30 mV )档(由于毫伏表内阻很 大,测出的电压有效值可近似看作是探测线圈中的感生电动势) 。移动探测线圈于螺线管的 中心点 O 处。 读出毫伏表的指示最大值 ε eo , 将测得 ε eo 代入式 (1) 算出 O 点的磁感应强度 Beo 的大小。同样,将探测线圈移置不同的位置,读出相应的 ε ex ,根据式(3)就可算出相应点 的 Bex ,即

Bex =

ε ex 2πfNS

(3)

[数据记录及处理]
1.记录有关参数: n =______; S =______; f =______; R =_____; I e =______ 2.记录表格(自拟) 。 3.在同一坐标纸上以 X 为横轴, B x 为纵轴,作出 Bxm ? x 和 Bx理 ? x 曲线。比较分析 产生误差的原因。


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