霍爾效應(yīng)實驗報告-2

實驗題目霍爾效應(yīng)實驗?zāi)康挠^察霍爾現(xiàn)象：了解應(yīng)用霍爾效應(yīng)測量磁場的方法。實驗儀器霍爾片、4位直流數(shù)字電壓表、直流恒流源、標(biāo)準(zhǔn)電阻、電流表、螺線管等實驗原理：霍耳效應(yīng)當(dāng)電流通過一塊導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的薄片時，載流子（即電荷攜帶者）的漂移運動方向和它所帶電荷的正負(fù)號有關(guān)。若載流子帶正電荷，他的漂移運動方向即為電流方向；若載流子帶負(fù)電荷，則它的漂移運動方向與電流方向相反。霍耳電勢差和磁場測量在霍耳效應(yīng)中，電荷量為q，垂直磁場B的漂移速度為v的載流子，一方面受到磁場力Fm=qvB的作用，向某一側(cè)面積聚；另一方面，在側(cè)面上積聚的電荷將在薄片中形成橫向電場EH，使載流子又受到電場力Fe=qEH的作用。電場力Fe的方向與磁場力Fm的方向恰好相反，它將阻礙電荷向側(cè)面的繼續(xù)積聚，因此載流子在薄片側(cè)面的積聚不會無限制地進行下去。在開始階段，電場力比磁場力小，電荷將繼續(xù)向側(cè)面積聚。隨著積聚電荷的增加，電場不斷增強，直到載流子所受的電場力與磁場力相等，即Fe=Fm時，達到一種平衡狀態(tài)，載流子不再繼續(xù)向側(cè)面積聚。此時薄片中的橫向電場強度為：EH=Fe/q=Fm/q=vB。設(shè)薄片寬度為a，則橫向電場在A、B兩點間產(chǎn)生的電勢差為UH=EHa=vBa.因為I=jab，j=qnv。所以v=I/nqab。式中n為載流子濃度，j為電流密度，故EH=IB/nqab.所以霍耳電勢差UH=EHa=IB/nqb.令RH=1/nq為霍耳系數(shù)，則UH=RHIB/b.所以霍爾系數(shù)等于RH=UHb/IB。把電流輸出表和測量電流的電流表原理電路圖分別畫出實驗儀器面板中的“IM輸入”代表該換向開關(guān)與電磁鐵的“勵磁線圈”相連，它需要用穩(wěn)壓電源提供較大的直流工作電流(0.1~0.6A)，如果要測量其電流必須要用0.6A以上量程的直流電流表，“IS輸入”代表該換向開關(guān)與“霍爾元件”的“DE”兩點相連，它只能用穩(wěn)壓電源提供很小的直流工作電流(0.5~3mA)，如果要測量其電流必須要用3mA左右量程的直流電流表，如果通過過大的工作電流就會把“霍爾元件”燒壞，因此使用時要特別小心?！癠H輸出”代表該換向開關(guān)與“霍爾元件”相連，應(yīng)用電壓表與其連接測量出其“霍爾元件”的“AC面與AC面”在一定的磁場下所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH，“Uσ輸出”代表該換向開關(guān)與“霍爾元件”的“AC”相連，應(yīng)用電壓表與其連接測量出其“霍爾元件”在零磁場下在長為l的“AC”或“AC”兩點間所產(chǎn)生的電壓UAC，實驗內(nèi)容置“IM電源功率切換”開關(guān)“低”側(cè)，取IM=0.60A，測繪UH-IS曲線，記入下表。IS(mA)+B,+IS-B,+IS-B,-IS+B,-ISUH=(U1-U2+U3-U4)/4(mV)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)0.502.38-2.422.38-2.422.401.004.74-4.794.74-4.784.761.507.14-7.187.14-7.187.162.009.52-9.579.53-9.569.552.5011.90-11.9411.90-11.9211.923.0014.26-14.3214.28-14.3014.29畫出UH-IS曲線，求出斜率K1=4.756,則有：，求出RH=根據(jù)求出n=取IS=0.60mA，測繪UH-IM曲線，記入下表。IM(A)+B,+IS-B,+IS-B,-IS+B,-ISUH=(U1-U2+U3-U4)/4(mV)U1(mV)U2(mV)U3(mV)U4(mV)0.1000.45-0.510.46-0.500.480.2000.93-0.980.94-0.970.960.3001.41-1.461.42-1.451.440.4001.89-1.941.89-1.931.910.5002.37-2.422.37-2.412.390.6002.84-2.892.84-2.882.86AClA′C′EDbaYXZ樣品示意圖厚度b=0.50mm，寬度a=4.0mmA、C電極間距l(xiāng)=3.0mm畫出UH-IM曲線，求出斜率為K2=4.76，∵UH=BKHIS=PIMKHIS，∴斜率K2==KHAClA′C′EDbaYXZ樣品示意圖厚度b=0.50mm，寬度a=4.0mmA、C電極間距l(xiāng)=3.0mm求出霍爾靈敏度KH=在零磁場下(即IM=0.00A，這時可把“IM輸入”開關(guān)懸空),IS=0.20mA時，=13.51mV和-IS=0.20mA時，-13.56mV。的平均值為=-0.025