专利名称：安培环路定理实验仪及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种验证安培环路定理的实验仪器及其测试方法，属于电磁学、电工学用的教学仪器领域。
背景技术：
安培环路定理是阐述磁场的环流与所包围的传导电流代数和的定量关系的定理，根据教学大纲的要求，该定理是电磁场理论的重要内容，学生必须掌握。但是几十年来，这方面的教学验证均用数学方法间接证明。从物理科学考虑，理应用实验直接证明，但至今国内外尚缺乏这方面的实验仪器。因此，概念抽象难讲、学生不易理解和掌握。我们从电磁学教材(赵凯华，陈熙谋人民教育出版社，1978)第149页习题15中受到启发，以习题15中的磁位计为参考，设计了这台以探测线圈为主体的安培环路定理实验仪。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种安培环路定理实验仪，它具有功能全、成本低的测量磁场环流的实验仪器。
本发明的目的由以下技术措施实现。
安培环路定理实验仪含有电源线圈、探测线圈和投影毫伏表。电源线圈包括两个或多个载流线框组成，线框并联在电源变压器的低压端，探测线圈由密绕在非磁材料的软管上的漆包线组成，探测线圈的两端用屏蔽线与投影毫伏表连接，并使投影毫伏表的接地端和屏蔽线外皮连接。
为了更好地实现发明目的，本发明还采取以下技术措施1、电源线圈为形状和大小相同的多个线框A、B……组成，线框内环绕相同匝数的漆包线，线框材料为木材或者塑料制成。
2、探测线圈是在非磁性材料的软管上螺绕环至末端经螺绕环的轴(软管)扭回到始端同样的匝数，非磁性材料软管可围成任何形态的闭合形状，软管为塑料或者橡皮管制成。
3、投影毫伏表由晶体管微型毫伏表改装而成，包括投影装置，其底板、盖板和刻度盘均可用透明塑料制作，指针用金属丝制作。
安培环路定理实验仪的测试方法1、测试环流值与闭合线圈所包围电流的代数和成正比a、将探测线圈(2)同时套住线框A和B的上边，由于电流方向相同，被套住的电流值增大了一倍；b、将探测线圈(2)同时套住线框A、B的上边和A的下边，这时由于线框A的上、下边电流方向相反，所以对于电流代数和A框不作贡献；c、将探测线圈(2)打开套住电源线框A、A+B、A+B+C、A+B+C+D……获得磁感应强度H沿任何闭合曲线L的线积分(环流值)与闭合曲线所包围的电流的代数和成正比。
2、测试环流值与闭合线圈的位置和形状无关将探测线圈(2)打开套住电源线框A或B的任何一边，使两端接触好，此时在投影毫伏表上有一个读数，用两手逐渐改变线圈的位置和形状，其表上读数不变。
3、测试在探测线圈(2)附近有铁磁体存在时，环流值不变。
本发明具有如下优点1、实验结果表明，磁感应强度H沿任何闭合曲线L的线积分(环流值)与该闭合曲线所包围的电流的代数和成正比。安培环路定理第一次得到实验证明。
2、本发明的电源线圈、探测线圈和投影毫伏表相对独立，便于学生拆开和组装使用。
3、特别适用于电磁学和电工学的各类开放实验用，可供200学生大班上课演示，直观效果良好。
四
图1为安培环路定理实验仪结构示意图。
1电源线圈，2探测线圈，3投影毫伏表，4变压器。
五具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例本发明具有结构简单，制造方便，如图1所示。它由电源线圈1、探测线圈2和投影毫伏表3组成。电源线圈1由两个或多个载流线框组成，线框并联在电源变压器4的低压端，探测线圈2由密绕在非磁材料的软管上的漆包线组成，探测线圈的两端用屏蔽线与投影毫伏表3连接，并使投影毫伏表的接地端和屏蔽线外皮连接。电源线圈1由A、B两个木制矩形线框组成。线框内用直径0.67毫米的漆包线各绕45匝，两线框并联接在变压器低压端，用6v交流电供电。探测线圈2用直径0.31毫米的漆包线在长0.80米的空心软胶皮管上来回密绕各1000匝，线圈绕好后再将胶皮管围成闭合形状，使它套住载有交流电电源线圈A或B的任意边框。由于绕在胶皮管上的螺绕环自身的磁通量的变化也有反应，所以绕线时我们让螺绕环的末端经螺绕环的轴(胶皮管)扭回到始端同样的匝数1000匝，便可消除这一反应所引起的误差。投影毫伏表3由晶体管微型毫伏表改装而成，包括投影装置，其底板、盖板和刻度盘均可用透明塑料制作，指针用金属丝制作，使投影放大效果更好。
本发明的测试方法是这样实现的1、测试环流值与闭合线圈所包围电流的代数和成比例。
(1)将探测线圈2同时套住线框A和B的上边，由于电流方向相同，被套住的电流值增大了一倍，此时投影毫伏表3的读数也增加一倍(例如8mv)。
(2)将探测线圈2同时套住线框A、B的上边和A的下边(如图1所示)。这时投影毫伏表的读数和套一根的情况相同(读数为4mv)，这是由于线框A的上、下边电流方向相反，所以对于电流代数和A框不作贡献。
(3)将探测线圈2打开套住电源线框A、A+B、A+B+C、A+B+C+D……实验数据如表1所示。
(4)如果采用音频电流，则实验装置与图1不同之处是用音频号发生器来代替220v，50HZ交流电源，其余部分与图1相同，实验数据如表2所示。
(5)最后将探测线圈2完全取下来，不让任何电源线框穿过，这时投影毫伏表3的读数为零。这表示没有套住电流时，环流值为零。
2、测试环流值与闭合线圈的位置和形状无关。
将探测线圈2打开套住电源线框A或B的任何一边，使两端接触好，此时在投影毫伏表上有一读数(4mv)。用两手逐渐改变线圈的位置和形状，其表上读数不变(仍为4mv)。
3、演示在探测线圈2附近有铁磁体存在时，环流值不变。
将变压器铁蕊放在探测线圈2附近，虽然这部分铁蕊会极大地改变磁场分布，但套入任一通电线框边时产生的感生电动势不会因铁蕊的放入而改变。
表1 采用50Hz交流电供电时测试数据
表2 采用460Hz音频交流电供电时测试数据
权利要求
1.安培环路定理实验仪，其特征在于该实验仪含有电源线圈(1)、探测线圈(2)和投影毫伏表(3)，电源线圈由两个或多个载流线框组成，线框并联在电源变压器(4)的低压端，探测线圈(2)由密绕在非磁材料的软管上的漆包线组成，探测线圈的两端用屏蔽线与投影毫伏表(3)连接，并使投影毫伏表的接地端和屏蔽线外皮连接。
2.按照权利要求1所述安培环路定理实验仪，其特征在于电源线圈(1)为形状和大小相同的多个线框A、B……组成，线框内环绕相同匝数的漆包线。
3.按照权利要求1所述安培环路定理实验仪，其特征在于线框材料为木材或者塑料。
4.按照权利要求1所述安培环路定理实验仪，其特征在于探测线圈(2)是在非磁性材料的软管上螺绕环至末端经螺绕环的轴扭回到始端同样的匝数，非磁性材料软管可围成任何形态的闭合形状。
5.按照权利要求1所述安培环路定理实验仪，其特征在于非磁性材料软管为塑料或者橡胶软管。
6.按照权利要求1所述安培环路定理实验仪，其特征在于投影毫伏表(3)由晶体管微型毫伏表改装而成，包括投影装置，其底板、盖板和刻度盘均可用透明塑料制作，指针用金属丝制作。
7.按照权利要求1～6所述安培环路定理实验仪的测试方法，其特征在于(1)测试环流值与闭合线圈所包围电流的代数和成正比a、将探测线圈(2)同时套住线框A和B的上边，由于电流方向相同，被套住的电流值增大了一倍；b、将探测线圈(2)同时套住线框A、B的上边和A的下边，这时由于线框A的上、下边电流方向相反，所以对于电流代数和A框不作贡献；c、将探测线圈(2)打开套住电源线框A、A+B、A+B+C、A+B+C+D……获得磁感应强度H沿任何闭合曲线L的线积分(环流值)与闭合曲线所包围的电流的代数和成正比。(2)测试环流值与闭合线圈的位置和形状无关将探测线圈(2)打开套住电源线框A或B的任何一边，使两端接触好，此时在投影毫伏表上有一个读数，用两手逐渐改变线圈的位置和形状，其表上读数不变，(3)测试在探测线圈(2)附近有铁磁体存在时，环流值不变。
全文摘要
一种安培环路定理实验仪及其测试方法，其特点在于该实验仪含有电源线圈(1)、探测线圈(2)和投影毫伏表(3)。电源线圈由两个或多个载流线框组成，线框并联在电源变压器(4)的低压端，探测线圈(2)由密绕在非磁材料的软管上的漆包线组成，探测线圈的两端用屏蔽线与投影毫伏表(3)连接，并使投影毫伏表的接地端和屏蔽线外皮连接。实验结果表明，磁感应强度H沿任何闭合曲线L的线积分(环流值)与该闭合曲线所包围的电流的代数和成正比，使安培环路定理第一次得到实验证明。特别适用于电磁学和电工学的各类开放实验用，可供200学生大班上课演示，直观效果良好。
文档编号G09B23/00GK1455379SQ03117959
公开日2003年11月12日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年5月29日
发明者叶瑞英 申请人:四川大学