磁場的測量教材

霍爾效應法

測量磁場大學物理實驗主要內(nèi)容實驗原理實驗背景誤差消除操作指南基本要求實驗目的實驗背景

霍爾效應是一種磁電效應，是德國物理學家霍爾1879年研究載流導體在磁場中受力的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應用。通過該實驗可以了解霍爾效應的物理原理以及把物理原理應用到測量技術(shù)中的基本過程。返回目錄頁實驗目的1、了解霍爾效應法測量磁場的原理和方法2、學習用“異號法”消除副效應產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差3、測繪霍爾元件特性4、測量磁感應強度B及磁場分布返回目錄頁實驗原理返回目錄頁霍爾元件中的附加效應霍爾效應霍爾效應

當電流垂直于外磁場方向通過導體時，在垂直于磁場B和電流方向IS的導體的兩個端面之間出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓UH）?；魻栃硎疽鈭D如右示。霍爾效應返回霍爾電壓UH與工作電流IS和磁感應強度B及元件的厚度d的關(guān)系：式中RH為霍爾系數(shù)，它與載流子濃度n和載流子電量q的關(guān)系：若令霍爾靈敏度KH=RH/d，則霍爾元件中的附加效應返回

在霍爾效應建立的同時還會伴有其它附加效應的產(chǎn)生，在霍爾元件上測得的電壓是各種附加電壓疊加的結(jié)果。附加電壓：不等位電勢U0、愛廷豪森效應UE、能斯脫效應UN和里紀-勒杜克效應US，它們相應的電壓的正負與工作電流IＳ和磁感應強度B的方向有關(guān)。(詳細內(nèi)容見補充講義或教材P182-183)“異號法”消除系統(tǒng)誤差

由可知，只要已知KH，用儀器測出IS和UH，則可求出磁感應強度B的大小。為了減小附加效應對測量霍耳電壓UH的影響，我們采用異號法，即將IS和B正反兩個方向組合出四種情況，Ｂ的方向決定于勵磁電流IM的方向：“異號法”消除系統(tǒng)誤差返回目錄頁當＋IＭ，＋IＳ時，當＋IＭ，－IＳ時，

當－IＭ，－IＳ時，當－IＭ，＋IＳ時，霍爾電壓的測量結(jié)果為：即：操作指南返回目錄頁

實驗裝置實驗方法與操作實驗裝置返回實驗內(nèi)容1、研究霍爾效應及霍爾元件特性（1）研究UH

—IS之間的關(guān)系（2）研究UH—IM之間的關(guān)系（3）測量KH2、測量電磁鐵氣隙中磁感應強度B的大小分布3、作圖

（1）

UH—IS關(guān)系曲線（2）UH—IM關(guān)系曲線（3）B—X

曲線實驗方法與步驟下頁按儀器面板提示連接電路，打開儀器電源，將霍耳元件調(diào)至電磁鐵氣隙內(nèi)的中心位置驗證UH與IS間的正比關(guān)系。勵磁電流IM調(diào)至500mA,調(diào)節(jié)工作電流IＳ由2.00至10.00mA，數(shù)據(jù)間隔1.00mA，改變勵磁電流和工作電流的方向，記錄U與IＳ填入數(shù)據(jù)草表。3.驗證UH與B間的正比關(guān)系。工作電流IS調(diào)至6.00mA,調(diào)節(jié)勵磁電流IM由100至500mA，數(shù)據(jù)間隔50mA，改變勵磁電流和工作電流的方向，記錄U與IM填入數(shù)據(jù)草表。實驗方法與步驟4、

測量霍爾靈敏度KH

調(diào)節(jié)勵磁電流為500mA，工作電流為10.00mA，可測量出B的大小為0.150T，分別測出U1、U2、U3、U4計算KH5、測量電磁鐵氣隙中B的大小及分布情況（1）將霍爾元件置于氣隙中心(25,15)，調(diào)節(jié)IM=500mA，IS=10.00mA，測量相應的UH（2）水平方向移動霍爾元件由0mm到50mm每次間隔5mm，記錄U，利用公式計算各點B的大小，并繪出水平方向B-X圖形，顯示出B的分布狀態(tài)。返回基本要求

返回目錄頁思考與作業(yè)

數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄返回1.請按照實驗報告冊（乙）自畫草表記錄數(shù)據(jù)2.實驗數(shù)據(jù)測試完整后由實驗老師檢查簽字后方可離開實驗室思