实验报告-集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场
亥姆霍兹线圈磁场测定实验报告模板
B(x) x O图3.3.1 载流线圈轴线上磁场B(x) xO 图3.2.2 亥姆霍兹线圈轴线上磁场实验预习部分 一、实验目的：1.测亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场分布。
2.测载流圆线圈在轴线上的磁场分布，验证磁场叠加原理。
3.比较两载流圆线圈距离不同时轴线上磁场分布情况。
二、实验仪器设备：FD-HM-І型磁场测定仪由圆线圈和亥姆霍兹线圈实验平台（包括两个圆线圈、固定夹、不锈钢直尺、铝尺）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳流电源等组成。
三、实验原理一、圆线圈载流圆线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上磁场情况如图1。
根据毕奥萨伐尔定律，轴线上某点的磁感应强度B 为I N x R R B ⋅+⋅=2/32220)(2μ （3.3.1）式中I 为通过线圈的电流强度，N为线圈匝数，R 线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离，0μ为真空磁导率。
而圆心处的磁感应强度0B 为I N R B ⋅=200μ（3.3.2）轴线外的磁场分布情况较复杂，这里简略。
二、亥姆霍兹线圈亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，每一线圈N 匝，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的平均半径R 。
其轴线上磁场分布情况如图3.3.2所示，虚线为单线圈在轴线上的磁场分布情况。
这种线圈的特点是能在其公共轴线中点附近产生较广的均匀磁场区，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。
设x 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离，则亥姆霍兹线圈轴xB (x )OB (x )x O实验预习部分线上任一点的磁感应强度大小B '为3/23/22222201222R R B N I R R x R x μ--⎧⎫⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎪⎪'=⋅⋅⋅++++-⎢⎥⎢⎥⎨⎬ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎣⎦⎩⎭（3.3.3）而在亥姆霍兹线圈轴线上中心O 处磁感应强度大小'0B 为003/285N IB Rμ⋅⋅'= （3.3.4）三、双线圈若线圈间距d 不等于R 。
大学物理实验用霍尔法测直流线圆圈与亥姆霍兹线圈磁场[总结]
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用霍尔法测直流线圆圈与亥姆霍兹线圈磁场1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象，此现象称为“霍尔效应”。
半个多世纪以后，人们发现半导体也有霍尔效应，而且比导体强得多。
随着半导体物理学的迅猛发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量。
近些年霍尔效应实验不断有新发现。
1980德国的冯·克利青、多尔达和派波尔发现了量子霍尔效应，它不仅可作为一种新型的二维电阻标准，还可改进一些基本常量的测量精度，是当代凝集态物理学和磁学中最惊异的进展之一。
克利青教授也应此项发现荣获1985年的诺贝尔物理学奖金。
目前霍尔传感器典型的应用有：磁感应强度测量仪（又称“特斯拉计”），霍尔位置检测器，无触点开关；霍尔转速测定仪，电功率测量仪等。
在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感法等等，本实验介绍“霍尔效应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
【实验目的】1. 了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握FB5 11型磁场实验仪的使刚方法。
2. 了解载流圆线圈的径向磁场分布情况。
3. 测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布。
4. 两平行线圈的间距改变为d=R ／2和d=2R 时，测定其轴线上的磁场分布。
【实验原理】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通以直流电流I 的圆线圈，其轴线上磁场强度的表达式为：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，x 为轴上某一点到圆心'O 的距离，70104-⨯=πμH ／m ，磁场分布图如图1所示。
图 1 图 2本实验取0N ＝400匝，I ＝0．400A ，R ＝0.100m,圆心'O 处X ＝0，可算得磁感应强度为：B=1．0053×310-T 。
【2017年整理】亥姆霍兹线圈磁场测定-实验报告
开放性实验实验报告——亥姆霍兹线圈磁场测定姓名学号班级亥姆霍兹线圈是一对相同的、共轴的、彼此平行的各有N匝的圆环电流。
当它们的间距正好等于其圆环半径R时，称这对圆线圈为亥姆霍兹线圈。
在亥姆霍兹线圈的两个圆电流之间的磁场比较均匀。
在生产和科研中经常要把样品放在均匀磁场中作测试，利用亥姆霍兹线圈是获得一种均匀磁场的比较方便的方法。
一、实验目的1. 熟悉霍尔效应法测量磁场的原理。
2. 学会亥姆霍兹磁场实验仪的使用方法。
3. 测量圆线圈和亥姆霍兹线圈上的磁场分布，并验证磁场的叠加原理二、实验原理同学们注意，根据自己的理解，适当增减，不要太多，有了重点就可以了。
1．霍尔器件测量磁场的原理图3—8—1 霍尔效应原理如图3—8—1所示，有－N型半导体材料制成的霍尔传感器，长为L，宽为b，厚为d，其四个侧面各焊有一个电极1、2、3、4。
将其放在如图所示的垂直磁场中，沿3、4两个侧面通以电流I，电流密度为J，则电子将沿负J方向以速度运动，此电子将受到垂直方向磁场B的洛仑兹力作用，造成电子在半导体薄片的1测积累过量的负电荷，2侧积累过量的正电荷。
因此在薄片中产生了由2侧指向1侧的电场，该电场对电子的作用力，与反向，当两种力相平衡时，便出现稳定状态，1、2两侧面将建立起稳定的电压，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压叫霍尔电压，1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。
如果半导体中电流I是稳定而均匀的，则电流密度J的大小为（3—8—1）式中b为矩形导体的宽，d为其厚度，则bd为半导体垂直于电流方向的截面积。
如果半导体所在范围内，磁场B也是均匀的，则霍耳电场也是均匀的，大小为（3—8—2）霍耳电场使电子受到一与洛仑兹力F m相反的电场力F e，将阻止电子继续迁移，随着电荷积累的增加，霍耳电场的电场力也增大，当达到一定程度时，F m与F e大小相等，电荷积累达到动态平衡，形成稳定的霍耳电压，这时根据F m=F e有（3—8—3）将（3—8—2）式代入（3—8—3）式得（3—8—4）式中、容易测量，但电子速度难测，为此将变成与I有关的参数。
霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场
3、励磁电流大小对磁场强度的影响
此时可以选择单线圈或者亥姆霍兹线圈磁场分布 测量的连线方法之一进行连线，仍然在励磁电流 为零的情况下将磁感应强度清零。 调节磁场测量仪的励磁电流调节电位器，使表头 显示值为100mＡ,将霍尔传感器的位置调节到以 圆电流线圈中心位置或者亥姆霍兹线圈中心位置。 调节励磁电流调节电位器，每增加100mA记下一 磁感应强度B的值，直到励磁电流显示为500mA 记下一磁感应强度B值为止。
4.励磁电流大小与磁场强度的关系
表4 励磁电流大小与磁场强度 测量的数据
励磁电流（mA） B（mT） 100 200 300 400 500
实验内容
1、测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
连接好线路，调节励磁电流为零，将磁感应强 度清零。
调节磁场测量仪的励磁电流调节电位器， 使表头显示值为500mＡ,此时毫特计表头 应显示一对应的磁感应强度B值。 以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0 mm测一磁感应强度B的值，测量过程中注 意保持励磁电流值不变。
2、测量亥姆霍兹线圈轴线上磁场的分布
按图接线，然后在励磁电流为零的情况下将磁 感应强度清零。 调节磁场测量仪的励磁电流调节电位器，使表头 显示值为500mＡ,此时毫特计表头应显示一对应 的磁感应强度B值。 以亥姆霍兹线圈中心为坐标原点，每隔10.0 mm 测一磁感应强度B的值，测量过程中注意保持励 磁电流值不变。
亥姆霍兹线圈的测量磁场
(9) (10)
式中： K H 称为元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流
下的霍尔电势大小，其单位是[ mV / mAT ]，一般要求 K H 愈大愈好。由于金属的电子浓度(n)
很高，所以它的 RH 或 K H 都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外元件厚度 d 愈薄， K H 愈高， 所以制作时，往往采用减少 d 的办法来增加灵敏度，但不能认为 d 愈薄愈好，因为此时元件 的输入和输出电阻将会增加，这对霍尔元件是不希望的。
图 3 亥姆霍兹线圈磁场测试架
图 4 型亥姆霍兹线圈磁场测试架面板 2.主要技术性能 （1）环境适应性：工作温度 5～35℃；相对湿度 25~85％。
图 5 亥姆霍兹线圈磁场测量仪面板 （2）亥姆霍兹线圈架
（2）亥姆霍兹线圈
亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，。两线圈内的电流方向一致，大小 相同。线圈之间距离 d 正好等于圆形线圈的半径 R。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点 附近产生较广的均匀磁场区，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。
设 z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点 O 处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任一点 的磁感应强度为
(1)
式中 N0 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心 0 的距离。
μ0 = 4π ×10−7 H／m，它的分布图如图 1 所示。
图 1 单个圆环线圈磁场分布
图 2 亥姆霍兹线圈磁场分布
本实验取 N0 =500 匝，I=500mA，R=110mm，圆心 O 处 X=0，可算得圆电流线圈磁感应强
度 B=1.43mT。
ISB d
=
RH
ISB d
(8)
即霍尔电压VH (A、B 问电压)与 Is、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例
亥姆赫兹线圈实验报告
亥姆赫兹线圈实验报告亥姆赫兹实验报告一( 实验项目名称亥姆霍兹线圈磁场二( 实验目的1.掌握霍尔效应原理测量磁场。
2.测量单匝载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
三( 实验原理1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的的磁场 (1)载流圆线圈磁场根据比奥-萨伐尔定律，载流圆线圈在轴线(通过圆心并与线圈平面垂直的直线)上某点磁场强度B为B=μ0N0IR2(R2+x)322式中μ0=4π?10-7H为真空磁导率，R为线圈的平均半径,N0为线圈的匝数,I为通过线圈的电流,x为轴线上某点到圆心O的距离。
因此它在轴线上磁场分布如图25-1所示.X图25-1(2)亥姆霍兹线圈所谓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:当线圈见距a等于线圈半径时,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，如图25-2所示，这种均匀磁场在工程运用和科学实验中应用十分广泛。
图25-22.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，且在垂直于电流I与磁场B方向上将产生一个附加电势差，这现象是霍尔1879年首次发现，故称霍尔效应。
电势差UH等于霍尔电压。
n型半导体，若导体内电流I沿x轴方向流动(有速度为v运动的电子)，此时在z轴方向加上强度为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;同时随着电子向S平面偏移和聚集，在p平面出现等量的正电荷，结果S、P平面之间出现一个电场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S平面偏移。
当电子受到的洛伦磁力和霍尔电场的反作用力达到平衡时，就不能向S面偏移。
在此时S、P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,宽度为b,厚度为d，载流子浓度为n，载流子速度为v，它们与通过材料的电流I有如下关系 I=nevbd霍尔电压UH=ned=RHIBd=KHIB式中霍尔系数RH=ne，单位为m3;霍尔灵敏度KH=RH，单位为mVmA.由此可见，当I为常量时，有UH=KHIB=k0B,通过测量霍尔电压UH可以计算出未知磁场强度B。
实验报告-霍耳效应与亥姆霍兹线圈磁场测量
实用文档
【实验题目】【实验题目】 霍尔效应与亥姆霍兹线圈磁场测量
【实验记录】
1．实验仪器
2霍尔片工作电流I S ＝ , 零位霍尔电势 V 01＝ , V 02＝
不等位电阻R 01＝
S 01I V ＝ ， R 02＝S
02I V
＝ 3． 测量霍尔电压V H 与工作电流Is 的关系
计算霍尔元件的霍尔灵敏度（要求去除零位霍尔电势对实验结果的影响）
参考公式：'
010H H V V V I I -= 或 '
020
H H V V V I I -=
实用文档
4．亥姆霍兹线圈轴线上的磁感应强度测量
I S = I M =
5．亥姆霍兹线圈其中一个线圈的正负极交换成反接，测量轴线上的磁感应强度
I S = I M =
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【数据处理】
在同一坐标系中作出轴线上的磁感应强度曲线；定性分析零位霍尔电势对磁场测量结果的影响。
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【总结与讨论】
【复习思考题】
1．使用霍尔效应实验仪器要注意什么？
2．简述霍尔效应的应用，并针对某一应用简述其工作原理。
报告成绩（满分30分）：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽指导教师签名：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽日期：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场资料
霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场资料1. 实验目的1）了解霍尔效应的基本原理和测量方法；3）掌握常用电子仪器的使用方法。
2. 实验原理霍尔效应是指由于导体中存在外加磁场而引起的横向电场现象。
当一个导体在直流磁场中移动时，电子在导体中受到洛伦兹力的作用，使得电子在导体中运动方向的垂直方向上出现了电场，这个现象就称为霍尔效应。
在磁场中，电子的运动方向与磁场方向垂直，因此在运动方向和磁场方向之间存在着洛伦兹力，即F=q（v×B）=qVBsinθ。
因此，在导电材料中，磁场垂直于电流方向时，就会在导体两侧产生电势差。
这即是霍尔效应。
如果把一个霍尔元件放在磁场中，则输出电压U与外加磁场B、霍尔元件的材料与尺寸有关，可以用下面这个公式描述：U=KIB其中，K是霍尔系数，其表征了所用霍尔元件特征；I是电流强度；B是磁场强度。
圆线圈是一种通电后产生磁场的器件，由于线圈的导线排列方式和电流方向都对电磁场的分布产生决定性的影响，因此需要通过实验来测量和确定磁场的分布。
亥姆霍兹线圈是由两个半径相同、电流方向相同的同心环形线圈组成，这两个线圈之间的距离等于它们的半径，对于它们产生的磁场，中心区域的磁感应强度基本稳定，因此常用作磁场源。
3. 实验仪器与器材磁场强度测量仪（霍尔元件、磁场探头、电流源）4. 实验步骤4.1 测量圆线圈的磁场（1）在圆线圈的中心点放置霍尔元件和磁场探头；（2）将电流源连接到圆线圈上，调整电流大小，记录不同位置的磁场强度和霍尔元件输出电压值，并画出磁场分布图；（3）比较实验得到的磁场分布图和理论分布图，分析其误差原因。
（1）将亥姆霍兹线圈放置在磁场强度测量仪的测量平台上，并将磁场探头放在亥姆霍兹线圈的中心点处；（2）测量电流为$I=1A$时，在不同距离（$d_1=10cm,d_2=12cm,d_3=14cm$）处的磁场强度和霍尔元件输出电压值，并画出磁场分布图；（3）将电流调整为$I=2A$，重复（2）中的步骤；5. 实验注意事项1）测量时尽量选择较低的电流，以防止线圈烧毁；2）在测量线圈磁场分布时，探头须与线圈距离尽量近，以提高精度；3）实验中要注意读表误差及外界干扰等因素的影响。
亥姆霍兹线圈的磁场实验
与理论曲线。
表1
轴向距离 X（mm） -120.0 -110.0 -100.0
┅┅ 100.0
110.0
120.0
B(mT)
（2）将亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的测量数据记录于表 2(注意坐标原点设在两个
线圈圆心连线的中点 O 处)，在方格坐标纸上画出实验曲线。
带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致左垂直电流和磁场的方向上产 生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如图 6 所示，磁场 B 位于 Z 的正向， 与之垂直的半导体薄片上沿 X 正向通以电流 Is(称为工作电流)，假设载流子为电子(N 型半导 体材料)，它沿着与电流 Is 相反的 X 负向运动。
（2）亥姆霍兹线圈
亥姆霍兹线圈是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，。两线圈内的电流方向一致，大小 相同。线圈之间距离 d 正好等于圆形线圈的半径 R。这种线圈的特点是能在其公共轴线中点 附近产生较广的均匀磁场区，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。
设 z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点 O 处的距离，则亥姆霍兹线圈轴线上任一点 的磁感应强度为
图 3 亥姆霍兹线圈磁场测试架
图 4 型亥姆霍兹线圈磁场测试架面板 2.主要技术性能 （1）环境适应性：工作温度 5～35℃；相对湿度 25~85％。
图 5 亥姆霍兹线圈磁场测量仪面板 （2）亥姆霍兹线圈架
二个励磁线圈：线圈有效半径 1lOmm 单个线圈匝数 500 匝 二线圈中心间距 llOmm 温升不大于 IO0C 时的最大负荷电流不小于 O.5A 测量磁场传感器：SS495A 型霍尔元件 移动装置：轴向可移动距离 230mm，径向可移动距离 75mm，距离分辨率 lmm （3）亥姆霍兹磁场实验仪 亥姆霍兹磁场实验仪由可调恒流源和测量磁场的高斯计二部分组成。内置恒流源部分： 输出电流：O～0.5A，最大电压 24V；3 位半数显表，最小分辨率 lmA。内置磁场测量部分(高 斯计)：当与亥姆霍兹线圈架内的霍尔传感器相配套工作时，测量磁场范围 O～2.200mT，最 小 分 辨 力 0.001mT 。 电 源 ： 220V ± 10 ％ ， 功 耗 ： 50VA 外 形 尺 寸 ： 亥 姆 霍 兹 线 圈 架 340×270×250mm。磁场测试仪 320×300×120mm。 （四）使用方法 1.准备工作：仪器使用前，先开机预热 10 分钟。这段时间内，请使用者熟悉亥姆霍兹线 圈测试架和磁场测量仪的构成，各个接线端子的正确连线方法，以及仪器的正确操作方法。 2.亥姆霍兹线圈架与磁场测量仪之间的连线 用随机带来的两头都是同轴插头的连接线将测量仪的偏置电压端与测试架的偏置电压端 相连．将测量仪的霍尔电压端与测试架的霍尔电压端相连。
霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场
用霍尔法测直流圆线圈与亥姆霍兹线圈磁场【实验目的】1．了解用霍尔效应法测量磁场的原理，掌握511FB 型霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪的使用方法。
2．了解载流圆线圈的径向磁场分布情况。
3．测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的轴线上的磁场分布。
4．两平行线圈的间距改变为R 2d 2/R d ==和时,测定其轴线上的磁场分布。
【实验仪器】霍尔法亥姆霍兹线圈磁场实验仪（包括测试架）。
【实验原理】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 ，通以直流电流I 的圆线圈，其轴线上离圆线圈中心距离为X 米处的磁感应强度的表达式为:2/322200)X R (2R I N B +∙∙∙∙μ= （1） 式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，,m /H 10470-⨯π=μ 磁场的分布图如图1所示，是一条单峰的关于Y 轴对称的曲线。
本实验取,m 100.0R ,A 400.0I ,400N 0===匝在圆心0X O ='处，可算得磁感应强度为 ： T 100053.1B 3-⨯= （2）亥姆霍兹线圈两个完全相同的圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，线圈间距等于线圈半径R时，从磁感应强度分布曲线可以看出，（理论计算也可以证明）：两线圈合磁场在中心轴线上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这样的一对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
从分布曲线可以看出，在两线圈中心连线一段，出现一个平台，这说明该处是匀强磁场，这种匀强磁场在科学实验中应用十分广泛。
比如，大家熟悉的显像管中的行偏转线圈和场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
2．利用霍尔效应测磁场的原理霍尔元件的作用如 图3所示.若电流I 流过厚度为d 的矩形半导体薄片，且磁场B 垂直作用于该半导体 , 由于洛伦兹力作用电流方向会发生改变，这一现象称为霍尔效应，在薄片两个横向面a 、b 之间产生的电势差称为霍尔电势。
亥姆霍兹线圈的磁场实验
（5）
式中： EH 为霍尔电场强度，VH 为霍尔电势， l 为霍尔元件宽度。
当达到动态平衡时：
f L = − f E ， VB = VH / l
(6)
设霍尔元件宽度为 l ，厚度为 d，载流子浓度为 n，则霍尔元件的工作电流为
I S = neVld
(7)
由(6)、(7)两式可得：
VH
=
EH l
=
1 ne
图 6 DH4501A 型亥姆霍兹线圈磁场实验仪接线示意图 如果只是用二个线圈中的某一个产生磁场时，可选择左边或者右边的线圈，从测量仪的 励磁电流两端用两头都是插片的连接线接至测试架的励磁线圈两端．红接线柱与红接线柱相 连，黑接线柱与黑接线柱相连．用亥姆霍兹线圈(双个线圈)产生磁场时，将励磁线圈(左)的 黑色端子与励磁线圈(右)的红色端子用短接片短接。 亥姆霍兹线圈的中心设有二维移动装置，其中长的一个移动装置用于测量轴向的磁场分 布：短的一个移动装置用于测量径向磁场分布，如图 3 所示。慢慢转动手轮，移动装置上的 霍尔磁传感器盒随之移动，通过转动二个移动架的手轮，可将霍尔磁传感器移动到需要的位 置上。磁传感器的位置，也就是磁场的位置由相应的指示标尺确定。 3.高斯计的使用方法 仪器内置的磁场测量部分(高斯计)，它的测量范围为 O～2.200mT，采用 4 位数码管显示。 由于有地磁场和大楼建筑等的影响，当亥姆霍兹线圈没有电流流过时，显示值也不为零。 因此在进行亥姆霍兹线圈磁场测量实验时，需要对这个固定偏差值进行修正，即在数据处理 中扣除这个初始偏差值，否则的话，测量出的值是在线圈产生的磁场上面叠加上了一个偏差 值，会引起较大的测量误差。为此测量仪内，设计有一个零位偏差值白动修正电路，能将这 个偏差值记忆在仪器中，自动补偿地磁场引起的固定偏差值。具体使用方法如下： 将测量仪与测试架连线如图 6 所示连好。打开电源，将测量仪的励磁电流电位器逆时针 旋到底，电流表显示为零，线圈没有产生磁场。但这时由于存在地磁场，以及内部电路的失 调电压，毫特计的显示往往不为 O。预热 10～20 分钟后，按下测量仪面板上的“零位凋节” 按钮，直到数码管上的显示从 llll 变到 3333 再放开按钮。这个过程大约需要 2 秒。此时毫 特表头应显示 0，如果没有到零，请重复上述过程。 调零完毕后，即可进入正常亥姆霍兹线圈磁场测量过程。 （五）实验内容及数据处理 1.实验内容 （1）测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
亥姆霍兹线圈实验报告
亥姆霍兹线圈实验报告一、实验目的1.1 探索亥姆霍兹线圈的磁场特性亥姆霍兹线圈，听起来是不是有点高大上？其实，它是由两个相同的圆形线圈组成，彼此平行且间距固定。
这个实验的目的就是想看看在不同电流下，亥姆霍兹线圈会产生怎样的磁场。
我们要找出这些磁场的分布情况，以及它们和电流之间的关系。
1.2 磁场测量磁场的测量是个细致活。
我们用到的工具叫“霍尔效应传感器”。
它可以精确测量磁场的强度和方向。
搭配一些简单的仪器，比如电源和电流表，我们就可以开始实验了。
这个过程既复杂又刺激，充满了探索的乐趣。
二、实验步骤2.1 准备工作首先，得把亥姆霍兹线圈搭建好。
线圈的直径和线圈之间的距离都是有讲究的。
我们得确保它们完美对称，这样才能得到理想的磁场。
接着，连接电源，调试电流的大小。
小心翼翼，生怕弄错了。
2.2 测量磁场接下来就是关键环节。
把霍尔传感器放在线圈中间，调节电流，从小到大逐步增加。
每一次变化都让我心跳加速。
随着电流的增大，磁场强度也随之变化。
这种直接的因果关系让人惊叹。
2.3 数据记录记录数据的时候，得保持专注。
每一个数字背后都藏着宝贵的信息。
磁场强度、位置、时间，一一不落。
看着一串串数据在纸上排列开来，真有种小小的成就感。
实验的每一步，都是一次新的发现。
三、结果分析3.1 磁场分布根据记录的数据，我们可以绘制出磁场的分布图。
这张图，就像是一幅艺术作品，清晰地展现了磁场的特性。
中心区域的磁场强度最大，逐渐向外减弱。
这个过程让人深刻体会到“物极必反”的道理。
3.2 电流与磁场的关系接下来，我们分析电流和磁场之间的关系。
数据表明，电流越大，磁场强度也越强。
简单明了，像极了生活中的许多道理——投入越多，收获越大。
这种线性关系不仅符合我们的预期，更加坚定了我们对物理规律的信心。
四、总结亥姆霍兹线圈的实验让我感受到了科学的魅力。
每一个步骤都让我更加理解了磁场的本质，体会到了实验的重要性。
科学不仅仅是冷冰冰的公式，更是充满了无限可能的探索之旅。
亥姆赫兹大物实验报告
课程名称：大学物理实验实验名称：亥姆霍兹线圈学院：学院专业班级：学生姓名：学号：-实验地点：座位号：实验时间：一．实验项目名称亥姆霍兹线圈磁场二．实验目的1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法。
2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
三．实验原理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23222002/)X R (IR N B +=μ （1-1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O 的距离。
,/10470m H -⨯=πμ 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H U 称为霍尔电压。
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F B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E（此电场称之为霍尔电场）。
这个电场反过H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U（霍尔电压）。
H（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 U H=IB/ned=R H IB/d=K H IB式中霍尔系数R H=1/ne，单位为m3/c；霍尔灵敏度K H=R H/d，单位为mV/mA由此可见，使I为常数时，有U H= K H IB =k0B，通过测量霍尔电压U H，就可计算出未知磁场强度B。
实验报告-集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场
实验报告-集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场大学物理实验报告实验3-9 集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场一、实验名称：集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场二、实验目的：1、掌握霍尔效应原理测量磁场；2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
三、实验器材：1、亥姆霍兹线圈磁场测定仪，包括圆线圈和亥姆霍兹线圈平台（包括两个圆线圈、固定夹、不锈钢直尺等）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源。
四、实验原理：1、圆线圈的磁场：根据毕奥-萨伐尔定律，载流线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点的磁感应强度为：NI x R R o 2/3222)(2B +=μ式中I 为通过线圈的电流强度，R 为线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离，N 为线圈的匝数，A m T o ⋅⨯=-7104πμ ，为真空磁导率。
因此，圆心处的磁感应强度为 NI R B O2μ=轴线外的磁场分布计算公式较复杂。
2、亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈如图3-9-1所示，是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。
设z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离，根据毕奥-萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈周线上任意一点的磁感应强度为 }])2([])2({[21B 232223222---++++⋅⋅⋅='z R R z R R R I N o μ而在亥姆霍兹线圈上中心O 处的磁感应强度B 为R IN B o ⋅⋅='μ2358当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图：从图3-9-2可以看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的范围内是均匀的。
五、 实验步骤：1、载流圈和骇姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量亥姆霍兹线圈磁场测定仪:图3-9-3 亥姆霍兹线圈磁场测定仪器示意图1.毫特斯拉计2.电流表3.直流电流源4.电流调节旋钮5.调零旋钮6.传感器插头7.固定架8.霍尔传感器9.大理石10.线圈A、B、C、D为接线柱（1）按课本图3-9-3接线，直流稳流电源中数字电流表已串接在电源的一个输出端，测量电流AI=时，单线圈a轴线上各点磁感应强度a B，100m每个1.00cm测一个数据。
大物实验亥姆赫兹实验报告
大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称： 亥姆霍兹线圈磁场一．实验项目名称：亥姆霍兹线圈磁场二．实验目的1.学习和掌握霍尔效应原理测量磁场的方法2.测量载流圆线圈和亥姆霍兹轴线上的磁场分布三．实验原理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23222002/)X R (IR N B +=μ（1-1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O 的距离。
,/10470m H -⨯=πμ 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. 电磁感应法测量磁场：；；；。
线圈等效面积为。
3. 霍尔效应法：其中，材料宽b，厚d，载流子浓度n，载流子速度v，通过材料电流I。
霍尔电压：; 其中，霍尔系数R H，霍尔灵敏度K H。
四．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（见图〈一〉）和磁场测量仪器部分（见图〈二〉）。
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五．实验内容及步骤1.一起使用前，先开机预热5min，接好电路，调零。
2. 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，每隔10.0 mm测一个Bm值，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。
3.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。
亥姆霍兹线圈实验报告
亥姆霍兹线圈实验报告【实验原理】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式中N D 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心 0的 距离。
"厂4恥ILH 应 它的磁场分布图如图 1-1 所示。
(1-1) 0 I(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。
卜I-?如妙「巒丄荀噓场分巾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， 一现象是霍尔于 现，故称霍尔效应。
为霍尔电压。
这 1879年首先发 电位差 U H 称 如图3-1所示 N 型半导体，若 M3.1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F B 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 E H （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 U H （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I ，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=nevbdR H =1/ne ,单位为 m3/c ；霍尔灵敏度 KH=RRZd ,单位为 mV/mA I 为常数时，有U H = K H IB =k o B ,通过测量霍尔电压 U H ,就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。
亥姆霍兹线圈实验报告
亥姆霍兹线圈实验报告【实验原理】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式中N D 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心 0的 距离。
"厂4恥ILH 应 它的磁场分布图如图 1-1 所示。
(1-1) 0 I(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。
卜I-?如妙「巒丄荀噓场分巾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， 一现象是霍尔于 现，故称霍尔效应。
为霍尔电压。
这 1879年首先发 电位差 U H 称 如图3-1所示 N 型半导体，若 M3.1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F B 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 E H （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 U H （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I ，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=nevbdR H =1/ne ,单位为 m3/c ；霍尔灵敏度 KH=RRZd ,单位为 mV/mA I 为常数时，有U H = K H IB =k o B ,通过测量霍尔电压 U H ,就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。
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大学物理实验报告
实验3-9 集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场
一、 实验名称：
集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场
二、 实验目的：
1、掌握霍尔效应原理测量磁场；
2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
三、 实验器材：
1、亥姆霍兹线圈磁场测定仪，包括圆线圈和亥姆霍兹线圈平台（包括两个圆线圈、固定夹、不锈钢直尺等）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源。
四、 实验原理：
1、圆线圈的磁场：
根据毕奥-萨伐尔定律，载流线圈在轴线（通过圆心并与线圈平面垂直的直线）上某点的磁感应强度为：
NI x R R o 2
/3222
)(2B +=
μ
式中I 为通过线圈的电流强度，R 为线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离，N 为线圈的匝数，
A m T o ⋅⨯=-7104πμ ，为真空磁导率。
因此，圆心处的磁感应强度为
NI R
B O
2μ=
轴线外的磁场分布计算公式较复杂。
2、亥姆霍兹线圈的磁场
亥姆霍兹线圈如图3-9-1所示，是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。
设z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O 处的距离，根据毕奥-萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈周线上任意一点的磁感应强度为
}])2
([])2({[21B 232223222---++++⋅⋅⋅=
'z R
R z R R R I N o μ 而在亥姆霍兹线圈上中心O 处的磁感应强度B 为
R
I
N B o ⋅⋅=
'μ2358
当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图：
从图3-9-2可以看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的围是均匀的。
五、 实验步骤：
1、载流圈和骇姆霍兹线圈轴线上各点磁感应强度的测量
亥姆霍兹线圈磁场测定仪:
图3-9-3 亥姆霍兹线圈磁场测定仪器示意图
1.毫特斯拉计
2.电流表
3.直流电流源
4.电流调节旋钮
5.调零旋钮
6.传感器插头
7.固定架 8.霍尔传感器 9.石 10.线圈 A 、B 、C 、D 为接线柱
（1）按课本图3-9-3接线，直流稳流电源中数字电流表已串接在电源的一个输出端，测量电流A 100m I =时，单线圈a 轴线上各点磁感应强度a B ，每个1.00cm 测一个数据。
试验中随时观察特斯拉计探头是否线圈轴线移动。
每测量一个数据，必须先在直流电源输出电路断开(0=I )调零后，才测量和记录数据。
将测得的数据填入表3-9-1中。
（2）用理论公式计算员线圈中轴线上个点的磁感应强度，将计算所得数据填入表3-9-1中并与实验测量结果进行比较。
（3）在轴线上某点转动毫特斯拉计探头，观察一下该店磁感应强度测量值的变化规律，并判断该点磁感应强度的方向。
（4）将线圈a 和线圈b 之间的距离d 调整至cm d 00.10=，这时，组成一个亥姆霍兹线圈。
取电流值A 100m I =，分别测量两线圈单独通电时，轴线上各点的磁感应强度值a B 和
b B ，然后测亥姆霍兹线圈在通同样电流A 100m I =，在该轴线上的磁感应强度值b +a B ，将
测量结果填入表4-9-2中。
证明在轴线上的点b +a B =a B +b B ，即亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和。
（5）分别把亥姆霍兹线圈间距调整为2R d =和R d 2=，与步骤（4）类似，测量在
电流为A 100m I =时轴线上个点的磁感应强度值，将测量结果分别填入表3-9-3和表3-9-4中。
（6）做间距2R d =，R d =,R d 2=时，两个线圈轴线上磁感应强度B 与位置z 之间关系图，即z B -图，验证磁场叠加原理。
2、载流圆线圈通过轴线平面上的磁感应线分布的描绘
把一坐标纸黏贴在包含线圈轴线的水平面上,可自行选择恰当的点,把探测器底部传感器对准此点,然后亥姆霍兹线圈通过A 100m I =电流.转动探测器,观测毫特斯拉计读数值，读数值为最大时传感器的法线方向,则为该点的磁感应强度方向.比较轴线上的点与远离轴线点磁感应强度方向变化情况.近似画出载流亥姆霍兹线圈磁感应线分布图。
3.实验注意事项
(1)接好电路后,打开电源预热10min 后才能进行实验。
(2)每测量一点磁感应强度值时应断开线圈电流,在电路为零时调探测器为零。
(3)注意台上的标度尺不要压在载流线圈的轴线上,标度尺应平行于平台的中轴线并与平台中轴线距离为1.00cm 。
(4)测量时,探测器的探测孔朝下并与待测点对应,并注意探测器本身的尺寸。
(5)在测量亥姆霍兹线圈B 时,必须串联两线圈里的电流。
六、 记录及数据处理：
1、单线圈轴线上磁感应强度
2、亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度
两线圈轴向间距d=10cm时的磁感应强度
3、所测磁感应强度B 与z 之间的关系图即B-z 图。
根据以上所测数据，作出B-Z 图如下：
七、误差分析
本次试验在测量单线圈轴线磁感应强度上的数据上得到了比较大的误差，经过分析，得出以下可能影响测量数据的因素。
1、没有做到每测量一点的磁感应强度之前做好调零工作，使得测量一些点数据的时候没有消除外界磁场影响，造成测量数据不准确。
2、测量若干点数据的时候没有按照正确的测量方法，没有做到探头的摆放方式一致，造成每一点的测量都会因为测量方法的不同而产生差异。
八、实验结论：
由图及数据观察有，轴线上的点b a B =a B +b B ，即亥姆霍兹线圈轴线上任一点磁感应强度是两个载流单线圈在该点上产生磁感应强度之和。
同时，当Ba 和Bb 共同作用的同时，曲线在两线圈中中间几乎水平，到两端急剧下降。
可知通电螺线管中间为匀强磁场。
九、思考题：
1、为什么在实验中每测一点的磁感应强度之前都必须调零？
答：在实验中，测量坐标板上的每一点，由于所处的环境不同，所受到周围环境的电磁波大小就有一个差异，因为我们在实验中主要是研究在该点由这个线圈所激发的磁场的磁感应强度是多少，所以绝对有这个必要在测量每一点之前调零来排除周围环境的电磁波的影响。
2、亥姆霍兹线圈的磁场分布有什么特点？
答：亥姆霍兹线圈是两个彼此平行且连通的共轴圆形线圈，他的磁场分布是两个通电圆圈磁场的叠加。
半径和两个圆圈的距离不同，叠加的结果也不同。
两个线圈之外是逐渐减弱的，但是两个线圈之间可能是中间最弱，也可以是中间最强，还可以是匀强磁场。
3、若将两线圈通以相反方向的电流，则在两线圈部和外部的轴线上的磁场将会如何分布？
答：其部磁场将会相互抵消，而外部磁场则维持跟原来一样。