CN106597324A - 一种单线圈电流磁感应强度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单线圈电流磁感应强度测量方法，包括：桌板上嵌入透明的圆筒，单线圈绕在圆筒外侧，并通过连接线与电源部分的接线柱相连接，在单线圈中间放置小磁针，将单线圈通过某一定值电流后，首先将小磁针置于单线圈的圆平面中心，测得小磁针的偏转角度后，然后将小磁针沿水平中心线向单线圈边缘逐步移动，读出对应点的小磁针的偏转角度，即可计算出对应各点磁感应强度值，由于单线圈在实验装置中是可以绕其中心点转动的，所以就等于已知了在单线圈平面内磁感应强度的全部分布情况。既可以定量的测量出单线圈平面内，各点的磁感应强度分布情况，又可以学习相关的物理知识，使用方便，并且结构简单，容易操作，实用性强。

Description

一种单线圈电流磁感应强度测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，尤其涉及一种单线圈电流磁感应强度测量方法。

背景技术

目前的物理教学中，关于单线圈电流的磁感应强度的知识点，一般物理教材中只给出了电流通过单线圈时在单线圈圆心处的磁感应强度，对单线圈平面内任意点的磁感应强度没有进行讨论，当线圈匝数很多的时候，电磁感应很强并且容易测量，但单线圈的电磁感应较弱，特别是电流较小的时产生的电流磁场很弱，就更不容易测量。

市面上已经有的磁感应强度测量装置大多是测量多线圈的电流磁感应强度的仪器，而且都是在测量中直接读数，对于物理教学中学习、理解相关电磁学知识没有多大帮助。

发明内容

本发明的目的是提供一种单线圈电流磁感应强度测量方法，应用于物理教学中，并通过实验测量，获得单线圈平面内任意点的磁感应强度分布情况，并学习相关的物理知识。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单线圈电流磁感应强度测量方法所用装置如图1所示。

桌板1上嵌入透明的圆筒2，单线圈3绕在圆筒2外侧，并通过连接线8与电源部分4的接线柱相连接，在单线圈中间放置小磁针5；

水平转动桌板1，使得单线圈3的圆平面和地磁场方向一致，即小磁针5放入单线圈3的圆平面内，小磁针5所指的方向。单线圈3未通电流时小磁针5的指向和单线圈3处于同一平面内。

单线圈3有电流通过时，单线圈3产生的磁感应强度B垂直于单线圈3的圆平面，忽略地磁场垂直分量，仅考虑水平分量B_X，则小磁针5在单线圈3内电流产生的磁场和地磁场B_X的作用下，偏转角度θ，如图2所示。则通过单线圈3的电流产生的磁感应强度为

B＝B_xtanθ (1)

当小磁针5处于单线圈3的中心位置时，小磁针5的偏转角度为θ₀，此时单线圈3的电流产生的磁感应强度为

地磁场的水平分量

式中，μ₀为真空磁导率；I为通过单线圈3的电流；R为单线圈3的半径。

将(3)式代入(1)式，可得单线圈3电流的磁感应强度为

如果通过单线圈3的电流值I不变，式(4)中各项均可测量得到。

将单线圈3通过某一定值电流：

首先将小磁针5置于单线圈3的圆平面中心，测得θ₀后，通过(3)式即可计算出B_X值；然后将小磁针5沿水平中心线7向单线圈3边缘逐步移动，读出对应点的小磁针5转过的角度θ₁、θ₂、θ₃...，通过式(1)即可方便的计算出对应各点磁感应强度值B₁、B₂、B₃...。由于单线圈3在实验装置中是可以绕其中心点转动的，所以测得B₁、B₂、B₃...等，就等于已知了在单线圈3平面内磁感应强度的全部分布情况。

所述的桌板1上制有平槽9，平槽9的前端与桌板1的前端面平齐，后端面与线圈3平面对齐，平槽9的深度与所用的量角器厚度相同，即将量角器6放置在平槽9内，量角器6的上表面和桌板1的上表面高度平齐。

所述的桌板1靠近平槽9后端的边沿桌面上，制有刻度线10。

所述的单线圈3的圆平面的水平中心线7高出桌板1上表面的距离为小磁针5的指针到小磁针5底面的高度，当小磁针5置于桌板1上表面时，小磁针5的指针的高度和中心线7高度平齐，当小磁针5沿刻线10的边沿移动时，可以从刻度线10上准确读出小磁针5在单线圈3圆平面内沿水平中心线7的位置。

在量角器6的角度顶点和小磁针5的指针中点上下对齐的情况下，将量角器6和小磁针5用胶水粘在一起，构成一种新的测量工具：“磁针-量角器组合仪”如图3所示。该“磁针-量角器组合仪”可以在平槽9内沿着刻线10的边沿整体移动，可以从刻度线10上准确读出小磁针5在单线圈3圆平面内沿水平中心线7的位置，又可沿着小磁针5的指向，顺着量角器6上的刻线读出小磁针5的偏转角度。

所述的单线圈3采用直径1～2mm的铜导线制成，绕在透明圆筒2的外侧以防线圈翘曲，确保单线圈3的各处均处于同一圆平面上，并使单线圈3的圆形平面和桌板1的上表面垂直。

与现有技术相比，本发明的一种单线圈电流磁感应强度测量方法，既可以定量的测量出单线圈平面内，各点的磁感应强度分布情况，又可以学习相关的物理知识，使用方便，并且结构简单，容易操作，实用性强。

附图说明

图1为本发明的一种单线圈电流磁感应强度测量方法所用装置示意图。

图2为本发明的单线圈3内电流产生的磁感应强度B和地磁场B_X关系示意图。

图3为本发明的“磁针-量角器组合仪”示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

一种单线圈电流磁感应强度测量方法，其较佳的具体实施方式如图1所示。

一种单线圈电流磁感应强度测量方法，包括：

水平转动桌板1，调整桌板1的方向，使得单线圈3的圆平面和地磁子午线方向一致，即小磁针5放入单线圈3的圆平面内，小磁针5所指的方向，此时单线圈3未通电流时小磁针5的指向和单线圈3处于同一平面内。

在单线圈3内通过某一定值的直流电流，作为优选，通过电流为1～2安；

首先将小磁针5置于单线圈3的圆平面中心点O处，则小磁针相对于单线圈3的圆平面方向偏转θ₀，测得偏转角度θ₀后，通过公式(3)即可计算出B_X值。

测量时首先将量角器6置于桌板1上的平槽9内，因为平槽9的深度与所用的量角器6厚度相同，即将量角器6放置在平槽9内，量角器6的上表面和桌板1的上表面高度平齐。

使得量角器6上的角度的顶点位于线圈3的圆平面中心点O处的正下方，小磁针5置于量角器6上的角度顶点的正上方，小磁针5的指针中点恰好位于线圈3的圆平面的中点O处，此时小磁针5的圆柱形底座一半位于量角器6上，另一半位于桌板1的刻度线10上。沿着小磁针5所指引的方向，在量角器6上即可准确的读出单线圈3的圆平面中心点O处小磁针5的偏转角θ₀。

此时可在量角器6的角度顶点和小磁针5的指针中点上下对齐的情况下，将量角器6和小磁针5用胶水粘在一起，构成一种新的测量工具：“磁针-量角器组合仪”，该“磁针-量角器组合仪”可以在平槽9内沿着刻度线10的边沿整体移动，可以从刻度线10上准确读出小磁针5在单线圈3圆平面内沿水平中心线7的位置，又可沿着小磁针5的指向，顺着量角器6上的刻线读出小磁针5的偏转角度，减小读数误差，读数准确方便。

然后将“磁针-量角器组合仪”在单线圈3圆平面内沿水平中心线7移动位置，作为优选，可每次移动单线圈3圆平面半径R的1/8，由单线圈3的圆心O向单线圈3的导线一侧移动，并确保小磁针5的指针的中心点始终位于单线圈3圆平面的水平中心线7上，读出对应点的小磁针5的偏转角度θ₁、θ₂、θ₃...，通过式(1)即可方便的计算出对应各点磁感应强值B₁、B₂、B₃...。由于单线圈3在实验装置中是可以绕其中心点转动的，所以测得B₁、B₂、B₃...等，就等于已知了在单线圈3平面内磁感应强度的全部布情况。

与现有技术相比，本发明的一种单线圈电流磁感应强度测量方法，既可以定量的测量出单线圈平面内，各点的磁感应强度分布情况，又可以学习相关的物理知识，使用方便，并且结构简单，容易操作，实用性强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单线圈电流磁感应强度测量方法，其特征在于，包括：

桌板上嵌入透明的圆筒，单线圈绕在圆筒外侧，并通过连接线与电源部分的接线柱相连接，在单线圈中间放置小磁针；

水平转动桌板，使得单线圈的圆平面和地磁场方向一致，单线圈未通电流时小磁针的指向和单线圈处于同一平面内；单线圈有电流通过时，所产生的磁感应强度B垂直于单线圈的圆平面，忽略地磁场垂直分量，小磁针在单线圈内电流产生的磁场和地磁场水平分量B_X的作用下，偏转角度θ，则通过单线圈的电流产生的磁感应强度为

B＝B_xtanθ (1)

当小磁针处于单线圈的中心位置时，小磁针的偏转角度为θ₀，此时单线圈的电流产生的磁感应强度为

$B=B_x{\mathrm{tan\θ}}_0=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{2R}---\left(2\right)$

地磁场的水平分量

式中，μ₀为真空磁导率；I为通过单线圈3的电流；R为单线圈的半径。

将(3)式代入(1)式，可得单线圈电流的磁感应强度为

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}I}{2R{\mathrm{tan\θ}}_0}\tan \mathrm{\θ}---\left(4\right)$

如果通过单线圈的电流值I不变，式(4)中各项均可测量得到。

将单线圈通过某一定值电流后，将小磁针置于单线圈的圆平面中心，测得θ₀后，通过(3)式即可计算出B_X值；然后将小磁针沿水平中心线向单线圈边缘逐步移动，读出对应点的小磁针转过的角度θ₁、θ₂、θ₃...，通过式(1)即可方便的计算出对应各点磁感应强度值B₁、B₂、B₃...；由于单线圈在实验装置中是可以绕其中心点转动的，所以就等于已知了在单线圈平面内磁感应强度的全部分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种单线圈电流磁感应强度测量方法，其特征在于，所述的桌板上制有平槽，平槽的深度与所用的量角器厚度相同，靠近平槽后端的边沿桌面上，制有刻度线。

3.根据权利要求1所述的一种单线圈电流磁感应强度测量方法，其特征在于，所述的单线圈的圆平面的水平中心线高出桌板上表面的距离为小磁针的指针到小磁针底面的高度，当小磁针置于桌板上表面时，小磁针的指针的高度和中心线高度平齐，当小磁针沿刻线的边沿移动时，可以从刻度线上准确读出小磁针在单线圈圆平面内沿水平中心线的位置。

4.所述的单线圈采用直径1～2mm的铜导线制成，绕在透明圆筒的外侧以防线圈翘曲，确保单线圈的各处均处于同一圆平面上，并使单线圈的圆形平面和桌板的上表面垂直。