麦克斯韦线圈

✍ dations ◷ 2025-04-26 11:52:36 #电磁学,电磁线圈,磁器件

麦克斯韦线圈是一个在大体积条件下能产生均匀磁场(或均匀梯度磁场)的装置。为了纪念苏格兰物理学家麦克斯韦。

麦克斯韦线圈是亥姆霍兹线圈的改进版本:实际上它能提供比亥姆霍兹线圈还要均匀的磁场,但是使用了更多的装置且增加了复杂性。

一个恒稳的麦克斯韦线圈包含了三个共球面的线圈。
根据麦克斯韦1873年的原始设计:
每个外线圈的半径是 4 7 R {\displaystyle {\sqrt {\frac {4}{7}}}R} ,且与中心线圈的距离为: 3 7 R {\displaystyle {\sqrt {\frac {3}{7}}}R}
如果中心线圈的半径是 R {\displaystyle R} .
稍小的线圈的匝数应该精确等于中心线圈匝数的 49 64 {\displaystyle {\frac {49}{64}}} 倍。
这样的设计阻止了磁场的变化,线圈中心的磁场的前六阶导数均为零。

梯度场麦克斯韦线圈和以上的三个线圈的结构非常相似,但是中心线圈被移除,仅留下较小的两个线圈。 如果两个线圈的电流是相反的,两线圈中心的场为均匀梯度磁场。麦克斯韦描述过使用两个线圈结构在小型测试上可以产生匀力 。 这种类型的麦克斯韦线圈类似于亥姆霍兹线圈,区别在于线圈距离从线圈半径 R {\displaystyle R} 增加到 3 R {\displaystyle {\sqrt {3}}R} 和相反的电流。

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