磁场分布

磁场分布实验报告

实验目的、原理及实验步骤。（见预习报告）

1. 不同磁极头间隙内的磁场分布特点

这个实验的目的是研究不同磁极头对磁场分布特点的影响，主要是截面积与边缘条件的影响。我们使用了四种不同的磁极头，利用集成霍尔元件对各磁极头间空气隙内的磁场进行了测量。 ① 情况1如图所示

根据数据画出变化趋势图（如下）：

此图表现出随着游标卡尺位置的变化（实际就是测量位置从边缘向中间扩展），霍尔效应电压值先逐渐增加后趋于平稳，当到达2.2cm 位置左右时基本不变。这说明了，在集束铁芯中间区域，磁场可以看做是匀强磁场，在磁极边缘区域，磁场迅速减小直至为零。（由于游标卡尺位置的限制，没有测量到磁场为零的位置）。由于游标卡尺和实验仪器的问题，所测量的数据少了点，不能更准确的体现出磁场的分布特点。

情况2

，3，4的实验情况和1

相差不大，它们的曲线变化也基本一样。不作过多陈述。

② 情况

2如图所示：

③ 情况3如图：

④ 情况4如图：

测量过程中，我们保证了电流值几乎不变（在2.0上下晃动）

。所以，每组数据可以做纵向比较。如下图所示：

从纵向比较的图中我们可以看出，从1~4的迅速变化阶段，4的变化最早，也最平稳。这与磁极的形状有关的,4的平行面积最小，使得4变化的最早，也就是说，④磁极产生的磁感

应强度集中区域最少。由后面平稳的情况可知，2的磁场最大，也就是说它的励磁电流也是最大的。1与4刚好相反，变化的最迟。

从研究不同磁极头对磁场分布特点的影响，主要是截面积与边缘条件的影响来说，我们是达到了目的。上述实验表明：磁极的截面积影响了磁极产生的磁感应强度集中区域的大小，从而影响了磁场的分布范围和集中程度。

下面是实验数据:

2. U形磁路及E形磁路磁场分布研究

①U形磁路

磁路是由一个U形线圈、U形铁块和一个可动长铁块构成。实验中，我们主要测量了同一个位置（靠近不动部分）的磁场随着铁块位置，即磁路闭合情况的变化关系。实验数据也是记录了这一信息。实验的关系图如下：

这里需要声明的是：铁块位置的增加说明的是，铁块和固定部分的距离在增大而不是减小。

当铁块开始远离磁路的时候，磁感应强度迅速衰减。这表明闭合的磁路对漏磁现象的抑制能起到很大的作用。所以说，磁路能减少磁场和磁能的减少。然后，霍尔电压的较少趋于平缓，并最终有一个稳定值。这种情形也是能很好理解的：当铁块距离磁路较远时，整个磁路就不复存在，磁路对磁场的约束作用也消失了。测量出来的磁场是U形磁铁产生的磁场。当测量位置恒定的时候，磁场大小就是不变的。

②E形磁路

A

B

C

磁路是由一个U形线圈、U形铁块和一个可动长铁块构成。实验中，我们主要测量了同一个位置（靠近不动部分）的磁场随着铁块位置，即磁路闭合情况的变化关系。通电后分

实验曲线：

通过数据，我们可以知道，只有一个线圈的时候C处的电压初始值较大，A，B出比较小，是因为C出比较接近通电的线圈，此处的磁力电流较大，另外C和A,B的磁场方向是相反的。两个线圈的时候B出的电压初始值较大。B与A，C的磁场方向也是相反的。有数据和图表可知道磁场的分布和方向与通电线圈的位置和通电电流的发现有关。

3．两个通电圆线圈的情形

在此实验里，我们测量的是两个线圈中电流方向相同情况下的磁场分布，研究两个通电线圈之间的距离不同对磁场分布的影响。首先先叙述一下我们的测量方法。我们测量的是两个线圈距离不同（线圈相互平行）的磁场分布。具体就是先确定两个线圈的距离（实验中共取了155cm、130cm、105cm、80cm四处），然后通过变化测量标尺的位置来测量磁场。

实验曲线图：

由实验数据和实验曲线可以知道：两个通电线圈的距离越近，相同的距离所测量的磁励电压越大，即说明距离越近，产生的磁场越大，磁场集中程度越高。并且有实验曲线可以知道，磁场的分布是越靠近两个通电线圈磁场强度越大。

实验总结

1、此次实验是一个定性的实验，主要考察不同线圈产生磁场的分布情况。过程中虽然

涉及到许多量的测量，但这些测量都是为了定性的叙述。比如位置这个量，虽

然用了游标卡尺测出了不同的位置，但这些位置没有一个参照系，所以也无法

定量的描述场的空间分布。但这种测量方法是研究抽象物质的一种很好的方

法，我们不需要有定量的描述，定性的解释就完全够用了。

2、实验中要求根据各种线圈不同的串并联情况研究不同磁路的磁场规律。这个要求我

们并未达到，主要是因为我们对电路中线圈的接线情况和线圈的绕法不是很清

楚。

3、实验的主要成果有如下方面：

①我们知道了不同的磁集束磁极的磁场分布，这有利于我们设计不同的磁场

以满足研究的需要。比如，我们若需要空间磁场要渐渐地变为零，就最好

选择情形④所示的磁极。

②我们理解了磁路闭合的重要性。闭合的磁路才能有效阻止漏磁现象的发生，

这对于变压器和其它相关元件效率的提高是至关重要的。

③对于线圈周围的磁场我们也有了更深刻的了解。同时，我们必须注意对称

性研究在实验中的重要性。