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亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文

时间：2022-05-06 21:20:07 论文收藏本文下载本文

亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文(（整理2篇））由网友“章鱼姐姐”投稿提供，下面是小编整理过的亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文，欢迎您阅读分享借鉴，希望对您有所帮助。

亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文

篇1：亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文

亥姆霍兹线圈的空间磁场测量小论文

摘要：分析了亥姆霍兹线圈空间磁场的分布,依据毕一萨定律,并采用霍尔效应法；采用美国PASCO公司生产的“科学工作室”方法等探测亥姆霍兹线圈空间磁场,得到空间磁场均匀区的大小、形状及范围.

关键词：毕一萨定律；霍尔效应法；亥姆霍兹线圈空间磁场；PASCO

一、亥姆霍兹线圈空间磁场测试的目的和意义

亥姆霍兹线圈磁场与永久磁铁相比具有一定的可调性和装置轻巧,闲置时不产生环境磁场的优点.所以在教学、生产和科研中,当试验样品所需均匀磁场不太强(几高斯到几十高斯)时,就可以采用亥姆霍兹线圈.由此就必须先知道亥姆霍兹线圈磁场的均匀性区域有多大并能计算出磁感应强度的数值。亥姆霍兹线圈是一对相同的、共轴的、彼此平行的各密绕N匝线圈的圆环电流。当它们的间距正好等于其圆环半径R时,这种圆形载流线圈称为Helmholtz线圈1,如图1所示。

二、亥姆霍兹线圈空间磁场测量

2.1霍尔效应法测量亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区

将通有电流的导体或半导体薄片(霍尔片)置于磁场中，并使垂直到磁场方向，由一于洛仑兹力的作用，载流子将向薄片侧边积聚，从而使两侧边形成一定的电势差这一现象是物理学家霍尔首先在金属薄片中发现的,故称为霍尔效应，两侧边形成的电势差称为霍尔电压【2】。

2.1.1霍尔效应法测量原理

霍尔电压的极性取决于载流子(运动电荷)的荷电性.实验表明:磁场不太强时，霍尔电压的大小与所通电流I以及磁感应强B满足如下关系【3】：

(2.1)

称为霍尔元件的灵敏度,取决于元件的几何尺寸及材料的性质，表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流时霍尔电动势的大小，其值可由实验定出。由(2.1)得：

(2.2)

当螺线管通以稳恒电流I把霍尔元件放人螺线管中轴线上,若测出其霍尔电压,便可由(2.2)式得出螺线管轴线上磁场的分布。要想知道亥姆霍兹线圈空间的磁场，原则是测量出线圈空间的全部磁场，但是由于线圈的对称性，所以只要测量出线圈一半的空间或1/4空间即可。测量的位置为线圈轴截面(垂直于线圈轴线的平面)的磁场和一些特殊点。

2.1.2霍尔效应测量实验仪器组装及测量

（1）固定好亥姆霍兹线圈.线圈半径为R，在线圈的两侧分别放两个升降架，将放有霍尔片的导轨搭在升降架上，并穿过两个线圈；（2）确定中心位置，通过直尺的测量使升降架平面中线和亥姆霍兹线圈竖直方向的中轴线在一条直线上；

（3）将导轨移到升降架表面的中线上，调节两升降架的高度，使霍尔片正好处于两亥姆霍兹线圈轴线上；（4）将导轨移到升降架边缘从上到下每隔0.5cm移动一次，霍尔片从一个线圈移到另一个线圈，间隔为0.5cm记录亥姆霍兹线圈轴面(通过线圈轴线的平面)上的数据(霍尔电势差)；（5）对线圈空间磁场分布的测量，采用特殊点法具体点在后面给出；（6）实验时取励磁电流为I，霍尔片工作电流为IS。

这里要求得到的亥姆霍兹线圈中心磁场强度大小相对偏差在2%，即霍尔电势差UH有一个范围，因为UH=KHISB，已知IS、KH，所以亥姆霍兹线圈中心区域的场强大小是，即可确定出均匀区的场强范围。

2.1.3测量结果与分析

（1）、由实验测得霍尔电压UH还有以及电流IS、kH得到该亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的场强大小。

（2）、由具体测量数据便可绘出亥姆霍兹线圈空间磁场，偏差在2%，均匀性区域的形状为一个不规则的图形，轴面的图形见图2。

（3）、亥姆霍兹线圈半径为R，匝数为N，并且设线圈轴向中心为原点，则在r<0.30R，-0.33R

2.2美国PASCO公司生产的“科学工作室”方法

2.2.1“科学工作室”方法原理

根据毕奥—萨伐尔定律(2.3)

及磁场迭加原理【4】，可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈轴线上的磁感应强度为(2.4)

式中x为两线圈之间任一点的位置。当线圈通有电流I时,两线圈磁场合成如图3 所示。

2.2.2 亥姆霍兹线圈磁场测量

采用美国PASCO公司生产的“科学工作室”重新设计该实验,能准确、实时定量地显示亥姆霍兹线圈磁场的分布规律。只要把传统的实验装置和相应传感器结合,接到数据采集器上,就可以在电脑显示屏上同步显示磁感应强度及其位置随时间变化的过程。其特点是,对于一些瞬间变化地物理过程,能够提供过程变化地真实数据,并拟合成曲线,由此进一步拓宽了对物理过程探究的'空间。采用“科学工作室”进行实验地流程

具体的操作是：将两个线圈(半径为10.5cm，线圈的匝数为200匝)安装到亥姆霍兹底座上。调整两个线圈间的距离直到和线圈半径相等，并确定这两个线圈是互相平行的，把第二个线圈与第一个线圈串联。越过线圈连上直流电源，连接电源的电线不要从线圈内部穿过。将数字电表、电源和线圈串联在一起(接线时要注意让两通电线圈的磁场方向一致)，测量通过线圈的电流。如图5。

将光学导轨穿过线圈,并在导轨两端用支撑杆将导轨支撑起来。将导轨置于水平位置,调整导轨高度直到沿着导轨表面推动磁场传感器探头可以恰好通过线圈的中心。用支架将转动传感器固定在导轨上。剪一条足以从导轨垂到地面的细线。细线的一端拴在磁场传感器的一端,另一端穿过转动传感器的中滑轮并系上一个20克的重物。将磁场传感器放置在导轨中间,调整转动传感器的位置让细线对准其中滑轮。将磁场传感器插在科学工作室500的A通道。将转动传感器插在1,2通道。打开直流电源,调整输出电流,当通过线圈电流为0.25安培时,关闭直流电源开关。

打开Datastudio程序中名为“线圈的磁场”的文件。将磁场传感器开关设置为轴向，并设置乘以十倍增益,实验开始前电源关闭,将磁场传感器放置在导轨中部并与第一个线圈保持大约5厘米的位置，按下消磁按钮。

打开直流电源，在Datastudio中点击“开始”按钮开始采集通电线圈的磁场及其位置信号,沿着导轨中心缓慢移动磁场传感器,移动过程中要保持探头与导轨平行。当传感器穿过线圈,并离开第二线圈5厘米时,点击“停止”即可获得亥姆霍兹线圈磁场与其位置的关系曲线。图6为一个具体实例中亥姆霍兹线圈磁场与其位置的关系曲线。

篇2：小空间家具设计方法论文

小空间家具设计方法论文

引言

根据室内设计理论，小空间一般指的是小于80平方米的空间。那么在针对其进行家具设计对空间的合理利用，家具不同功能之间的相互专户就显得格外重要，以满足人们对家具最基本的物质功能的需求。同时家具设计在满足物质功能需求的前提下更为重要的是考虑到人的精神追求和审美需求。

一、人们对小空间家具的需求特征

随着我国房价的不断升高，生活在城市的对房子具有刚性需求的年轻工薪阶层没有对大居室的购买能力，因此对房地产商推出的小户型的房子格外的亲睐。那么针对小空间而设计的家具将会具有巨大的市场潜力，家具企业应把握住市场机遇，提高针对小户型家具的市场占有率，增强企业的市场竞争力。根据对家具市场的实际经验，笔者分析和总结出了基于小空间设计家具的需求者的消费心理特征，大致可分为以下几点

1.倾向于选择实用性强，功能多，移动方便的家具

家具的.实用性功能是家具的最基本特征，一件家具不论是外表装饰多么好看，材质多么昂贵，但不具有实用性，那么就不能称称之为家具，而是装饰品，显然这不是小户型家具者所需求的。由于空间狭小，需求者在室内进行家具摆放家具时为了腾出更大的空间，就希望家具的功能多，相邻功能之间可相互转换，方便移动的多功能家具。

2.对颜色和材质有个性化的选择倾向

材料是家具的构造的物质基础，颜色是家具造型形象的要素。由于小空间家具的需求者多数是年轻的消费群体，他们的需求就显示出多样化和个性化。有的消费者喜欢木材的材质，因为木材更为环保，而有的则喜欢竹藤类，更为亲切自然。在颜色选择上多数用户会选择以橙黄色为主色的室内家具装饰，给人以自然温馨的感觉。

3.具有环保性设计的家具格外受欢迎

环保符合当今时代的潮流，绿色设计，环保设计，近年在家具设计领域格外受到关注，符合以人为本的家具设计理念。小空间家具需求以年轻群体代为主，他们表着消费时代文化的潮流，在选择家具时，家具的无害性环保家性是他们靠要考虑的首因素。在保证家具的功能性满足的前提下，对家具所表达出的艺术和文化气息成为他们对家具选择的依据。

二、小空间家具设计的基本原则

家具是空间设计的重要内容，对空间的组织规划，合理利用，空间主题的塑造起到举足重要的作用。根据小空间家具设计的基本规律和消费者心理需求特征，小空间家具设计要遵循以下基本原则

1.功能设计原则

功能包括物质功能（实用功能）和精神功能（审美功能），我们在此所论述的是它的物质功能，即家具的零部件组合满足人们实际需求的属性。它是家具使用价值的保证，包括家具的舒适性，安全性存放的便利性和合理性等。对小空间的家具设计，我们主要考虑的是各种功能之间的相互转换，例如桌子和茶几之间功能之间的相互转换。另外应考虑其储存和运输的便利性，尽量设计出的家具外观小巧，拆卸简单。

2.造型设计原则

家具的造型是家具的材料和结构所表现出的艺术形象。小空间的家具设计，由于空间的狭窄在家具造型的整体形象上要以低矮，灵巧为主。各造型要素之间要合理的组合搭配。家具线条的选取应以直线和曲线为主。直线给人以简洁和干练的感觉，体现出家具的简约风格，柔和的曲线能赋予家具的动态美。色彩选取应以简单色为主色，因为神色给人以压迫和拥堵的感觉，浅淡色能表现出距离感，使人能在视觉上感觉到空间的扩大。

3.系统性设计原则

系统性设计原则就是指在进行家具设计时应从空间和家具搭配的整体性为原则，充分考虑到个元素之间按照形体法则空间搭配、体谅协调、虚实结合，不能单独的考虑某一个元素而不注重整体的搭配。

三、小空间家具设计的策略

1.各功能之间的相互变换

在对小空间家具设计时，首要考虑的是做大限度的利用节省空间，因此对家具的设计时要考虑到各功能之间的替换，以最大限度的体现家具的使用价值。如市场上流行的多功能家具只需稍改一下功能就可以转换成其它功能，例如床和衣柜之间的功能组合的多功能家具是这种方法典型的运用。

2.有效的进行空间开发

在小居室的空间中要能够合理使用用空间，有些空间不是很大，但它可以讲家具有效的隐藏起来，以此来增加人的生活空间，例如有居室壁框型、凹入空间型等是这种方法的运用。

3.对家具进行模块化设计

所谓模块化就是进行家具设计时通过改变模块的使用功能，进而使家具产生其它使用功能。如通过多个椅子组合成的沙发，每个椅子都有单一的使用功能，通过组合成沙发，形成了不同于单个椅子的功能。以上都是针对小空间家具的功能设计策略，在应用这些策略时同时注重其造型设计要有出动感性、灵巧性和艺术性。

结束语

家具的发展历史贯穿在人类发明发展的过程中，是时代经济和文化发展的符号，满足着人类物质和精神的双重需求，具有时代性和艺术性的特点。小空间的家居设计服务于当今中国年轻一代消费群体，在理论和实践上不断探索，给他们在快节奏的都市生活中营造一个温馨、舒适的居室环境。

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