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【高斯摩分享】什么是亥姆霍茲線圈?

2025-4-25  閱讀(104)

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亥姆霍茲線圈是產(chǎn)生均勻磁場的一組線圈之一。

亥姆霍茲線圈是將兩個相同的圓形線圈平行放置,以線圈半徑為間隔,位于同一中心軸上,并以相同的方向和大小通過它們而制成的。它以德國物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲的名字命名。

該線圈通常用于抵消地磁場或校準磁場。產(chǎn)生的磁場強度和線圈直徑根據(jù)產(chǎn)品而有所不同,并提供各種各樣的產(chǎn)品。

亥姆霍茲線圈的應(yīng)用

亥姆霍茲線圈經(jīng)常被用來抵消地球磁場,因為它們能夠產(chǎn)生均勻的磁場。這是因為地球磁場在局部可以被認為是單向的,而亥姆霍茲線圈也產(chǎn)生單向的磁場。

它們通常用于工業(yè)領(lǐng)域以及磁學、材料科學和生物物理學等領(lǐng)域的研究目的。典型應(yīng)用包括:

產(chǎn)品、設(shè)備和材料的磁效應(yīng)檢測

生成標準磁場,用于校準探頭、傳感器、磁力儀、霍爾效應(yīng)傳感器和其他磁場傳感設(shè)備

霍爾IC、霍爾元件等磁傳感器的檢查

檢查磁卡等的磁干擾。

磁簧繼電器檢查

磁性材料測量

物理教育中的教學工具和演示

磁相關(guān)實驗設(shè)備

亥姆霍茲線圈原理

1. 概述

亥姆霍茲線圈由兩個具有相同匝數(shù)、線類型和半徑的線圈組成。當兩個線圈以等于半徑的距離平行同軸排列時,線圈之間空間的磁場具有大致相同的方向和大小。電線使用漆包銅線、空心銅線等材料,卷繞線圈的線軸使用木材、各種合成樹脂、非磁性金屬等材料。電力由外部電源或電池提供,但亥姆霍茲線圈磁場的精度取決于所用電源的精度。

這里我們不進行推導(dǎo),但是磁通密度 B 可以根據(jù) Biot-Savart 定律計算如下:

B = (4/5) 3/2 μ 0 n I / R

(μ 0 = 4 π ×10 -7 [T?m/A](真空磁導(dǎo)率)、線圈半徑:R、匝數(shù):n、電流:I )

這將是。

2. 多軸亥姆霍茲線圈

多軸亥姆霍茲線圈是一個在外側(cè)組合另一個亥姆霍茲線圈的線圈。通常,軸線以直角對齊。通過組合兩軸或三軸線圈,可以合成各軸的磁場,從而可以在二維或三維空間中控制產(chǎn)生的磁場的方向。

亥姆霍茲線圈的類型

1. 概述

有許多不同類型的亥姆霍茲線圈可供選擇。產(chǎn)生的磁場的磁通密度根據(jù)產(chǎn)品的不同而有很大差異,有些產(chǎn)品高達100μT,而有些產(chǎn)品則在2mT、7mT甚至20mT左右。我們還可提供更大的產(chǎn)品,重量可達 200 mT。較大的產(chǎn)品的重量可達 150 公斤或 300 公斤。有些產(chǎn)品配有用于在磁場內(nèi)設(shè)置工件的平臺。還有一些產(chǎn)品通過使用線圈架作為散熱器來減少熱量的產(chǎn)生,以及將整個產(chǎn)品安裝在鋁框架等底座上。

可變亥姆霍茲線圈(可以調(diào)整線圈間距)以及前面提到的二維和三維多軸亥姆霍茲線圈在市場上也有售。

亥姆霍茲線圈磁場的精度取決于所用電源的精度,因此有些產(chǎn)品自帶電源。

如果兩個方形線圈平行同軸放置,并且有相同方向和大小的電流流過它們,則從線圈中心的平分點向線圈靠近時,磁通密度會增加。換句話說,它不是一個均勻的磁場。因此,該線圈對嚴格來說不是亥姆霍茲線圈。但由于該線圈對可以作為地磁場消除器,就像亥姆霍茲線圈一樣,所以有些廠商稱之為亥姆霍茲線圈。

2. 設(shè)計與選擇

亥姆霍茲線圈通常是按訂單制作的。在設(shè)計或選擇產(chǎn)品時,需要明確以下幾點:對于線圈較大的設(shè)備,需要提前考慮發(fā)熱以及使用過程中的安全性。

所需均勻磁場、磁場范圍及磁場強度

磁場方向(單向或多軸)

連續(xù)使用時間

使用的環(huán)境溫度

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