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时间:2019-03-01
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1、8实验九 螺线管内磁场的测量 在工业、国防和科学研究中经常要对磁场进行测量例如在粒子回旋加速器、受控热核反应、同位素分离、地球资源探测、地震预测和磁性材料研究等方面。测量磁场的方法较多从测量原理上大体可以分为五类力和力矩法、电磁感应法、磁传输效应法、能量损耗法、基于量子状态变化的磁共振法。常用的测量方法主要有冲击电流计法霍尔元件法、核磁共振法和天平法。练习一用冲击电流计法测量螺线管内磁场【实验目的】1学习用冲击法测量磁感应强度的原理和方法2学会使用冲击电流计3研究长直螺线管内轴线上的磁场分布4对比螺线管轴线上磁场的测量值与理论值加深对毕奥
2、萨伐尔定律的理解。【实验仪器】冲击电流计、螺线管磁场测量仪、直流电源、直流电流表、电阻箱、滑线变阻器。【实验原理】1.长直螺线管轴线上的磁场如图5.9.1所示设螺线管长为L半径为r0表面均匀地绕有N匝线圈放在磁导率为μ的磁介质中并通以电流I。如果在螺线管上取一小段线圈dL则可看作是通过电流为INdL/L的圆形载流线圈。由毕奥萨伐尔定律得到在螺线管轴线上距离中心O为x的P点产生的磁感应强度dBx为3202rrLINdLdBx5.9.1图5.9.1长直螺线管轴的结构图OP2LLx0r21dLdBxrd由图5.9.1可知0sinrrsinrdd
3、L代入式5.9.1得到dLμINdBxsin25.9.28因为螺线管的各小段在P点的磁感应强度方向均沿轴线向左故整个螺线管在P点产生的磁感应强度21coscos2sin22121LNIdLNIdBBx5.9.3由图5.9.1可知5.9.3式还可以表示为212022120222222rxLxLrxLxLLNIBx5.9.4令x0得到螺线管中点O的磁感应强度2120204rLNIB5.9.5令xL/2得到螺线管两端面中心点的感应强度2122202LNIBLr5.9.6当L≥r0时由式5.9.5和式5.9.6可知BL/2≈B0/2。只要螺线管的
4、比值L/r0保持不变则不论螺线管放大或缩小也不论线圈的匝数N和电流I为多少磁感应强度相对值沿螺线管轴的分布曲线不改变。2.用冲击电流计测量磁场的原理如图5.9.2所示设探测线圈匝数为n平均截面为S线圈的法线与磁场方向一致当K1倒向一边使螺线管中通过电流的I。当K1突然断开时螺线管内的磁通突然改变探测线圈中的感应电流i通过冲击电流计G若测出在短时间内的脉冲电流所迁移的电量就可求得该点的Bx值。由法拉第电磁感应定律可知在探测回路中产生感应电动势ddt5.9.7设探测回路的总电阻为R则通过冲击电流计的瞬时感应电流为1diRdt5.9.8图5.9
5、.2测量螺线管内磁场电路图GA-1R2RgR1KER在磁通变化的时间内通过冲击电流计的总电量0000111dQidtdtdRdtRR5.9.9实验时把通过螺线管的电流由I突变为0即把K1断开使磁通量发生改变则有0t时0xBnSt0代入5.9.9式有xBnSQR5.9.10因此只需测量出R及Q就可以算出Bx。8Q值可以通过DQ-3/4型智能冲击电流计直接测出为了测出探测回路的总电阻为R使用图5.9.3中的标准互感器M为互感系数来测定仪器将标准互感器的次级线圈串联在探测回路中以保证测量R与Bx时探测回路的电阻值一样。当标准互感器的初级线圈上有
6、dI的电流变化时则在次级线圈上产生感应电动势ddIMdtdt5.9.11次级线圈回路中的感应电流为MdIiRRdt5.9.12如果K断开初级回路中电流从I0突变为0则在次级回路中通过的总电量为00000MIMdIMMQidtdtdIIRdtRR5.9.13则探测回路的总电阻R为MQMIR05.9.14把5.9.14式代入5.9.10式得到0xMMIQBnSQ5.9.15【实验装置】图5.9.3测定内阻的电路图G互感器LR1243输入电流RgR2K2【实验内容和步骤】1.测量探测回路的总电阻1参考5.9.4图对实验仪器进行正确连线1K断开。
7、滑线变阻器调到最大值并将设置好合适的电源输出电压和电流表量程。将开关K2倒向一边接通电源逐渐减小电阻值使流过互感器的初级线圈的电流达到参考值I0。2合上K3。I0取4个不同的值对每一个I0待电流稳定后断开K2测量并记录电量QMi如此反复测量4次最后取其平均值。利用5.9.14式计算总电阻R值。2.测量螺线管内的磁感应强度1参考5.9.4图进行正确连线将I0的电流输入电路连接到K1上。选择并固定激励电流I改变探测线圈在螺线管内的位置合上K3断开K1测量并记录电量Q如此反复测量4次最后取其平均值。82用5.9.15式计算螺线管的磁感应强度Bx
8、。3.计算理B与E理B由5.9.4式计算其中参数由实验室提供。误差E的计算如下100理理测BBBE4.以B为纵坐标x为横坐标在同一坐标系中画出xBx理与xBx测的分布曲线并对误差进行合理分析。
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