用冲击电流计测螺线管内磁场

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,用冲击电流计,测螺线管内磁场,兰州理工大学物理实验中心,用冲击电流计测螺线管内磁场,磁场的测量是物理实验的一个重要方面。测量磁场的方法很多，有电磁感应法、旋光效应法、霍尔效应法等。用冲击电流计测量磁场是电磁感应法的一种。由于所用仪器结构简单，操作方便，并具有一定的精度，能满足一般的测磁要求，所以是测磁技术中的一种常用方法，通常用于对恒定磁场的测量。其测量原理也是测量磁通量、磁化曲线、磁性材料参数等的基本原理。,实验仪器,实验原理,实验内容,操作要点,数据处理,问题思考,项目,实验仪器,待测直螺线管,标准互感器,倒向开关,通用仪器,冲击电流计,冲击电流计,冲击电流计是测量电量的仪器。由于其特殊的结构，线圈转动惯量较大，因此，当电流瞬间通过线圈时，线圈的运动状态来不及发生变化。电流停止后，线圈才以一定的角度摆动。线圈启动后，立即受到各种反力矩的作用，线圈的运动速度逐渐减小，当转动到最大位置时，瞬间停止，然后回复到初始位置，并在初始位置附近往返摆动数次，最终停止。设通过冲击电流计的电流,，,则流过线圈的电流为：,冲击电流计特点,反射镜,线圈,冲击电流计结构示意图,金属圆盘,悬丝,1、线圈转动灵活悬丝结构。,2、线圈转动惯量大线圈短而宽，而且下面还悬吊着金属圆盘。,3、镜尺读数装置应用光放大原理，提高读数的准确度。,镜尺装置,光源变压器,照明灯,冲击电流计读数装置,冲击电流计读数装置,读数系统调整,照明系统调整,冲击电流计的读数系统为镜尺装置，线圈的悬丝上附有反射镜，镜尺装置处的灯光经45,0,分光镜反射照射到线圈的反射镜上，经反射镜反射，射向读数标尺，在标尺上可看到中间有一条黑线（读数准线）的光标。当线圈摆动时，带动反射镜偏转，则光标在标尺上移动。光标的最大偏格数与线圈最大偏角称正比。即通过线圈的电量,q,与光标最大偏格数,n,成正比.,为电流计冲击常数，与电流计结构及外电路总电阻有关。,式中,待测直螺线管由较粗的漆包线绕制而成，电阻很小。螺线管长度,L,、,线圈匝数,N,1,、,直径,d,1,已知；在螺线管外套有同轴探测线圈，由细漆包线绕制，电阻较大。匝数,N,2,已知。,在联接电路时切记不要将两个线圈位置接错，否则会损坏冲击电流计,。,待测直螺线管各参数：,L,、,d,1,、,N,1,、,N,2,值标注在直螺线管的铭牌上，实验时须记录。,待测直螺线管,待测螺线管,螺线管接线端,探测线圈,探测线圈接线端,螺线管,长度标尺,转动手柄,探测线圈,位置指针,实验装置,标准互感器互感系数确定，在实验中用于电流计的冲击常数定标。标有,H,1,、,K,1,的一对端子为初级线圈；标有,H,2,、K,2,的一对端子为次级线圈，链接线路时须注意。,本实验中所用的互感器互感系数,M,为0.001,H。,标准互感器,次级线圈接线柱,H,2、,K,2,初级线圈接线柱,H,1、,K,1,互感器装置,倒向开关,1,2,a,b,双刀双掷开关,将双刀双掷开关固定接线柱间交叉接线，则构成倒向开关，当双达倒向右侧，1与,a,相连；倒向左侧，1与,b,相连，实现了电流的倒向。,通用仪器,直流稳压电源,直流毫安表,电阻箱,开关,滑线变阻器,相关内容清看变阻器特性实验课件。,直流电流（励磁电流）,I,1,通过直螺线管，在螺线管内建立起恒定磁场；当励磁电流瞬间发生突变（例如由,I,变为,I,、,或变为0）时，螺线管内的磁场也发生突变（由+,B,至-,B,，,或至0）。变化的磁场在探测线圈内产生感生电动势。由于探测线圈与电阻箱,R,2,、,标准互感器次级线圈、冲击电流计线圈组成闭合回路，则有电流流流过探测线圈，在电流计中有电量,q,，,使电流计线圈发生偏转，相应在标尺上看到光标移动,n,格。,实验原理,设,R,为探测线圈回路的总阻值，励磁电流由,I,变为,I,，,螺线管内的磁感应强度由,B,变为,B,，,则,式中：,R,为探测线圈回路的总阻值,C,b,为冲击电流计冲击常数,n,为光标在标尺上移动的最大偏格数,N,为螺线管的匝数（实际值为,N,1,）,S,为螺线管的截面积,d,1,为螺线管的直径,（1）,一、冲击常数标定,当电路中接入标准互感器时并通以电流，根据同样的原理，冲击电流计的线圈内也会有电量，标尺上同样可看到光标的移动，由次可得到冲击常数,C,b,为,实验内容,互感系数,初级线圈中的电流,与电流相应的光标最大偏格数,次级线圈回路总阻值,（2）,二、测量螺线管内的磁场分布,直螺线管内的磁场是均匀分布的，而螺线管外的磁感应强度近似为零。对于有限长直螺线管，在边缘处磁感应强度明显下降。通过实验测量螺线管的磁场分布情况，绘制磁场分布曲线。,在已标定冲击常数后，由（1）、（2）两式可得到螺线管内的磁感应强度为,（3）,直螺线管内磁场的分布曲线具有下面的形状,0,实际测量时，以螺线管中心为0点，测到一侧的边缘外，绘图时根据对称关系，作出完整的分布曲线。,操作要点,按照电路原理图连接电路，注意电源极性和电表极性的配合。,1,2,电路中各元件的作用：,G,冲击电流计,A,毫安表，量程500,mA,、250,mA,M,标准互感器（为电流计定标）,K,1,倒向开关（双刀双掷），改变电流方向,K,2,单刀双掷开关，切换标准互感和螺线管,K,3,单刀单掷开关，电流计短路电键,R,1,滑线变阻器，限流作用，调节电流,R,2,电阻箱，电流计的外临界电阻,1、标定,C,b,K,1,合向任意端，,K,2,合向“1”端，,K,3,打开。接通电源，调节,R,1,使电路中的电流 ，反复切换,K,1,改变电流 的方向（由 或相反），记录光标偏转的格数 。共测量6次。为消除因电流计线圈力矩不对称引起的误差，每次测量都应使光标左右各偏转一次，记录数据。所得数据求和取平均值 。,2、测定直螺线管内的磁场分布,K,2,合向“2”端，电流改变为 ，按上述方法测量，在 处 测量6次，其它各点 测量1次（均应左右各测1次）。,注意,倒向开关切换时，应从一侧立即倒向另一侧，中间不能停顿，否则电流 就不是由 （或相反），而是由 或 。,当光标偏转格数最大时立即记录。,当光标返回接近“0”点使，短路开关,K,3,闭合，使光标停下，不要让它越过平衡点来回摆动。,记录数据注意有效数字位数,数据处理,一、,根据所测数据作,Bx,图线,由于,B,正比于偏格数,n,，,可作,n,x,图线。用坐标纸作图，由图上确定,n,0,及,n,/,2,值.,0,数据记录表格,1、冲击电流计定标,次数(,i,),1,2,3,4,5,6,平均,/,/,2、螺线管磁场分布测定,次数（,i,）,1,2,3,4,5,6,平均,/,/,(2)移动探测线圈螺线管磁场分布,2.0,4.0,6.0,8.0,9.0,10.0,11.0,11.5,12.0,12.5,次 数,1,2,3,4,5,6,平均,/,/,二、计算螺线管中点及边缘处的,B,值并与理论值进行比较,由图线上取得的,n,0,及,n/,2,值，,用公式（3）,计算,B,0,及,B,l/2,值。,与理论值比较：,三、计算不确定度,计算螺线管中点及边缘处的磁感应强度的不确定度，给出最后结果。,问题思考,怎样应用冲击电流计和电容的充放电测量高电阻？清你设计一个实验电路。,结束,