毕奥-萨伐尔定律实验

毕奥-萨伐尔定律验证实验实验目的1.测定直导体和圆形导体环路激发的磁感应强度与导体电流的关系2.测定直导体激发的磁感应强度与距导体轴线距离的关系3.测定圆形导体环路激发的磁感应强度与环路半径以及距环路距离的关系实验原理根据毕奥-萨伐尔定律，电流元在Idl空间某点r处产生磁感应强度dB的大小：与Idl的大小成正比，与电流元到该点的距离r的平方成反比，与Idl和r之间小于π的夹角的正弦成正比，比例系数为4/0，即02dsind4IlBr（1）式中0称为真空磁导率，其值为A/mT10470。dB的方向垂直于Idl与r构成的平面，用右手螺旋法则确定。毕奥-萨伐尔定律的矢量表达式为02dd4rIrleB（2）式中er是r方向上的单位矢量。对于确定几何形状的导体，利用公式（1）对dB积分，就得到该载流导体产生的总磁感应强度B。例如：一根无限长导体，在距轴线r的位置产生的磁场大小为：002IBr（3）而半径为R的圆形导体回路在圆环轴线上距圆心x处产生的磁场大小为：22003232222IRIRBrRx（4）本实验中，将分别利用轴向以及切向磁感应强度探测器来测量上述导体产生的磁场。实验仪器：毕-萨实验仪，探头（黑点朝上），电流源，待测圆环（其半径分别为20mm、40mm、60mm），待测直导线，槽式导轨及支架。实验步骤：一、直导体激发的磁场1.将直导线插入支座上；2.将恒流源上红、黑两导线对应接到直导体两端；3.将磁感应强度探测器与毕-萨实验仪连接，方向切换为垂直方向，并调零；4.将磁感应强度探测器与直导体中心对准；5.开始时使带电直导线和探测器在同一平面内，相互接触且互相垂直，此时可以近似认为距离0cmx；6.打开恒流源电源。从0开始，逐渐增加电流强度I，每次增加1A，直至10A，逐次记录测量到的磁感应强度值；7.保持10AI，逐步向右移动磁感应强度探测器，测量磁感应强度B与距离x的关系，开始时使带电直导线和探测器在同一平面内，相互接触且互相垂直，此时可以近似认为距离0cmx，然后缓慢移动探测器，每次移动1cm，直至10cm，逐次记录测量到的磁感应强度值。二、圆形导体环路激发的磁场1.将直导体换为20cmR的圆环导体，连接到支架上；2.恒流源上红、黑两导线对应连接到支架的底座上；3.将磁感应强度探测器与毕-萨实验仪连接,方向切换为水平方向,并调零；4.调节磁感应强度探测器的位置至导体环中心；5.打开恒流源电源。从0开始,逐渐增加电流强度I，每次增加1A，直至10A，逐次记录测量的将磁感应强度值；6.保持10AI，逐步向右及向左移动磁感应强度探测器，测量磁感应强度B与偏离圆心的距离x的关系，并记录相应数值。当探测器恰好位于圆心处，视为偏离0cmx，缓慢移动探测器，每次移动1cm，直至10cm，逐次记录测量到的磁感应强度值。7.将半径为20mm的圆环导体环替换为40mm及60mm导体环；重复步骤1-6。注意事项:1.仪器测量前需预热5分钟；2.测量时要使探测器尽量远离电源，避免电源辐射的磁场梯度对测量的影响；3.调整电源和磁场探测器的位置角度或增加它们的距离可以基本消除电源辐射的磁场梯度对测量的影响；4.确认导线正确连接，电流值逆时针调到最小后再开关电源；不要用力拽磁场探测器的导线。实验数据记录及实验数据处理一、磁感应强度大小B与电流I之间的关系磁感应强度大小与电流之间的关系电流I（A）012345678910直导线圆环R=20mmR=40mmR=60mm二、磁感应强度大小与位置之间的关系磁感应强度大小于位置之间的关系距离x（cm）012345678910直导线圆环R=20mmR=40mmR=60mm三、在坐标系中画出磁感应强度大小随电流强度的变化的图像以及磁感应强度大小随位置变化的图像。思考题1.在实验中，如何回避实验室空间内其他电流对于数据测量的影响？2.测量圆环的磁场强度与位置变换关系实验中，若使探头穿过圆环，依次进行数据的测量，得出的结果会是怎样的？