磁场的测量

一、实验目的

1. 学习用霍尔效应法和磁感应法测量磁场的方法。

2. 研究螺线管轴线上磁场的分布，并观察铁磁物质对磁场分布的影响。

二、原理与说明

1．用霍尔效应原理测量磁场

给一垂直放置于磁场B中的矩形半导体霍尔薄片的1-1’端子施加电流I，则在端子2-2’间将呈现一电压U，该电压称为霍尔电压，且与磁感应强度B成正比，这一现象称为霍尔效应，如图4.2-1所示。根据这一原理可测量磁感应强度的大小，相应的仪器有毫特斯拉计和高斯计等。

图4.2-1 霍尔效应原理

对于正弦磁场，高斯计的指示值为磁感应强度的平均值Bav（注意单位的换算），由于有效值B=1.11Bav，则磁场强度

		（1）

式中： H/m，是真空的磁导率。

由于霍尔薄片对温度较为敏感，当温度比较高时容易损坏。2．用磁感应法测量磁场

若在正弦磁场中放置一小测试线圈，则线圈感应电压的有效值

		（2）

式中：f为频率；N为线圈的匝数；φ为磁通有效值。由于

		（3）

式中：S为测试线圈的面积。由式（2）和（3）可得

		（4）

可见，磁场强度与测试线圈的感应电压（有效值）成正比关系。利用这一原理，将测试线圈的截面垂直放置于磁场中，用电压表测量测试线圈的感应电压，可测量磁场强度的大小。

三、仪器设备

四、实验任务

用霍尔效应原理和磁感应法分别测量螺线管线圈轴线上的磁场，接线如图4.2-2所示。其中，R=100Ω，起限流作用，改变调压器的输出电压，使电流表的读数为0.5A。

图4.2-2 实验连线框图

1．在螺线管中放入木心，将高斯计的探棒插入木心中沿螺线管轴线移动，每移动1cm记录Bav。

2．用磁感应法重复上述过程，记录感应电压U。

3．将木心取出，定性观察螺线管不同截面上磁场的分布情况。

4．在螺线管中放入中空铁心，电流表仍维持在0.5A，用磁感应法测量轴线上的磁场。注

意，根据磁场的分布情况，在铁心中部测量点应取得相对少些，而在铁心端部附近可每移动0.5cm测量一点。

五、注意事项

1．记录螺线管线圈的有关数据，以便计算磁场强度。

2．在实验过程中，螺线管线圈中的电流应保持0.5A不变。

六、预习要求与思考题

1．设螺线管线圈的匝数为N，半径为R，长度为l，如图4.2-3所示，试推导电流为I时螺线管轴线上磁场强度H的表达式为

图4.2-3 螺线管

2．若电压不变，在螺线管中插入铁心后，电流变大还是变小？定性分析沿轴线磁场强度H的分布情况。

七、实验报告要求

1. 绘制磁场强度H的实验曲线，并与理论值进行比较。

2. 回答预习思考题1、2。