Für ein Helmholtzspulenpaar werden zwei gleiche Spulen mit dem Radius \(R\) in ebendiesem Abstand \(R\) voneinander aufgestellt. Sind die Spulen so geschaltet, dass der Strom in beiden Spulen in die gleiche Richtung fließt, erzeugt das Helmholtzspulenpaar in seinem Inneren ein nahezu homogenes Magnetfeld.
Das Magnetfeld im Zentrum eines Spulenpaares mit N-Windungen je Spule ist dabei proportional zum Strom \(I\) durch die Spulen:
$I$ = Spulenstrom, $\mu_0$ = magnetische Feldkonstante, N = Zahl der Windungen, $R$ = Radius und Abstand der Spulen
Bei dem im folgenden Experiment verwendeten Helmholtzspulenpaar ergibt sich für das vom Spulenstrom $I$ abhängige Magnetfeld:$$\bbox[5px,border:2px solid red]{B\approx 7,48\cdot 10^{-4}\frac{\text T}{\text A}\cdot I}$$$I$ = Spulenstrom, $\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7} \frac{\text N}{{\text{A}}^2}$, N = 124 Windungen, $R$ = 14,9 cm
Die Herleitung dieser Formel geht deutlich über den Schulstoff hinaus:
Sie folgt aus dem Biot-Savart-Gesetz. Für den Spezialfall der magnetischen Flussdichte entlang der x-Achse und bei nur einer Windung gilt:
Die Flussdichte im Zentrum des Helmholtzspulenpaars ist die Überlagerung zweier Kreisströme. Daher gilt aus Symmetriegründen: