用霍尔效应测量磁场

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1、用霍尔效应测量磁场【教学目的】1.了解霍尔电压产生的机制；2.学会用霍尔元件测量磁场的基本方法【教学重点】霍尔效应产生的原理【教学难点】1、霍尔电压的产生机制2、消除附加效应的方法【课程讲授】提问1、电荷在磁场中作切割磁力线的运动会受到什么里的作用？这个力会使电荷的运动发生怎样的变化？2、霍尔电压是怎样产生的？一、实验原理mvZ1YBXIv243（1）、霍尔效应图1霍耳效应如图（1）所示，霍尔元件是均匀的N型半导体材料制成的矩形薄片，长为L，宽为b，厚为d。当在1、2两端加上电压，同时有一个磁场B垂直穿过元件

2、的宽面时，在3、4两端产生电位差()，这种现象为霍尔效应。霍尔片内定向运动的载流子所受洛仑兹力和静电作用力相等时，3、4两面将建立起一稳定的电位差，即霍耳电压:（1）是霍尔元件的灵敏度。（2）.附加电压1）不等位电势差：与磁场B换向无关，随电流换向而换向；2）厄廷好森（Etinghausen）效应温差电势差：随磁场B和电流换向而换向；3）能斯脱（Nernst）效应热流电势差：随磁场B换向而换向，与电流换向无关；4）里纪－勒杜克（Righi-leduc）效应附加温差电势差：随磁场B换向而换向，与电流换向无关；(

3、3)附加电压的消除根据附加电压随磁场B和电流换向而各自呈现的特点加以消除。（+，+B）（-，+B）（-，-B）（+，-B）测量表达式：（2）二、实验仪器：螺线管磁场测试仪、长直螺线管磁场装置、双刀换向开关三、实验步骤1.调节螺线管的励磁电流(或)、调节霍耳元件的工作电流IS(或)测试仪在通电前，应将“IS(或)调节”和“调节”两个旋钮置于零位(即逆时针旋到底)。实验中调节“励磁电流调节”旋钮使励磁电流显示为1.000A；调节“工作电流调节”旋钮，使工作电流显示为5.00mA。3.测量螺线管轴线的磁场分布

4、1)以相距螺线管两端口等远的中心位置为坐标原点，探头离中心位置x=12.5-x1-x2，轻轻转动螺线管底座上的标尺旋钮，使测距尺读数x1=x2=0.0cm。先调节x1旋钮，保持x2=0.0cm，使x1停留在0.0、0.5、1.0、2.0、4.5、7.0、10.0、12.5cm等读数处，再调节x2旋钮，保持x1=12.5cm，使x2停留在1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、11.5、12.5cm等读数处，按对称测量的方法测出相应的V1、V2、V3、V4值。2)记下KH的值，由(2)式及(1)式

5、得此点的VH与B。4.绘制出螺线管内的B-X磁场分布曲线。根据上述测量结果，绘制螺线管内的B-X磁场分布曲线。四、数据记录和数据处理KH=X（cm）V1(mv)（＋IS,+B）V2(mv)（+IS,-B）V3(mv)（－IS,－B）V4(mv)（IS,+B）VH(mv)B(T)数据处理要求：1）计算螺线管中点的磁场强度B，并与理论值比较求相对误差；2）在坐标纸上绘制螺线管内的B~X磁场分布曲线。【注意事项】：1.绝不允许将测试仪上的励磁电流“IM输出”错接到“工作电流”出，也不可错接到“霍耳电压”处，否则

6、，一旦通电，霍耳元件立即烧毁。2.霍耳元件质脆，引线的接头细小，容易损坏，旋进旋出时，操作动作要轻缓。3.V1、V2、V3、V4本身还含有“＋”、“－”号，测量记录时不要忘记。4.仪器开机前应将两个电流调节旋钮逆时针旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后开机。5.关机前，应将两个电流调节旋钮逆时针旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后关机。【思考题】：1）产生霍尔效应的机理？2）消除霍尔效应副效应的方法？3）若磁场的法线不是恰好与霍耳元件的法线一致，对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B与元件法线是否一

7、致？4）能否用霍耳元件片测量交变磁场？5）根据磁场B的方向，工作电流I的方向及霍耳电压的正负，如何判断所用霍耳元件是N型（载流子为电子）还是P型（载流子为空穴）半导体？