实验04_霍尔效应原理及应用

1、霍霍 尔尔 效效 应应五邑大学物理实验中心五邑大学物理实验中心2010.3电磁场n电磁场无所不在n地球磁场、手机通信、电磁炉、发电机、指南针、硬盘、人体、恒星磁场测量n磁场看不见摸不着，如何测量磁场？n磁力法-被测磁场与磁化物体（或通电线圈）的机械力（力矩）n电磁感应法-法拉第电磁感应原理n磁饱和法-铁磁材料磁调制n霍尔效应法n磁阻效应法n磁共振法n超导效应法n磁光效应法1879，24岁的霍尔（岁的霍尔（E.T.Hall,美美,1855-1938）发现：发现：霍尔效应的发现霍尔效应的发现“电流通过金属，电流通过金属，在磁场作用下产在磁场作用下产生横向电动势生横向电动势” 霍尔效应的应用n测定半

2、导体材料电学参数，如载流子浓度测定半导体材料电学参数，如载流子浓度n非电量电测：微小位移、压力、转速等非电量电测：微小位移、压力、转速等n自动控制自动控制n信息处理信息处理n测量磁场、地磁测量磁场、地磁n电信号转换及运算电信号转换及运算n设计磁流体发电机设计磁流体发电机n测量电流强度测量电流强度n通有电流的导体或半导体薄片置于磁场中，由于受到洛仑兹力的作用，载流子将向薄片侧边积累，则在垂直于电流IH和磁场B的方向上出现一个电位差VH，这个现象称为霍尔效应，VH称为霍尔电压。 n ，式中RH叫霍尔系数。d为厚度。dBIRVHHH霍尔效应的原理霍尔效应的原理 霍尔效应的原理霍尔效应的原理 霍尔效应

3、的原理霍尔效应的原理 霍尔效应的原理霍尔效应的原理 霍尔效应的原理霍尔效应的原理 霍尔效应的原理霍尔效应的原理 （ a）（ b）VEHFEFgACACISEHFEFgACISVAC图 1-1 霍 尔 效 应 原 理 图dBIRVHHH霍尔效应建立时间很短（约霍尔效应建立时间很短（约10-12-10-14s）测量磁场测量磁场HHHIKVB用霍尔效应法测量长直用霍尔效应法测量长直螺线管的磁场分布螺线管的磁场分布实验目的：实验目的：1.1.了解霍尔效应的物理规律。了解霍尔效应的物理规律。2.2.了解霍尔元件测量磁场的原理。了解霍尔元件测量磁场的原理。3.3.测量通电长直螺线管轴线上的磁场测量通电长直

4、螺线管轴线上的磁场分布。分布。霍尔效应实验仪霍尔效应实验仪 长直螺线管长直螺线管末端带有末端带有霍尔传感霍尔传感器的滑杆器的滑杆 螺线管是由绕在圆柱面上的导线构成的，对螺线管是由绕在圆柱面上的导线构成的，对于密绕的螺线管，可以看成是一列有共同轴线的于密绕的螺线管，可以看成是一列有共同轴线的圆形线圈的并列组合，因此，一个圆形线圈的并列组合，因此，一个无限长载流长无限长载流长直螺线管直螺线管轴线上某点的磁感应强度，可以从对各轴线上某点的磁感应强度，可以从对各圆形电流在轴线上该点所产生的磁感应强度进行圆形电流在轴线上该点所产生的磁感应强度进行积分求和得到积分求和得到：MNIB00长直螺线管的磁场长直

5、螺线管的磁场 MpNIB0MNIBB02121中点端点)cos(cos2120MPNIB长直螺线管的磁场长直螺线管的磁场12P点长度L，直径D021，时，DL消除副效应消除副效应 实际情况中，通有电流的霍尔元件在磁场中除霍尔效应外，还存在着其他因素引起的几种副效应。 这些副效应所产生的电压总和有时甚至远大于霍尔电压，形成测量中的系统误差。 实验分析表明，这些副效应有的与流过霍尔元件的工作电流方向有关，有的与加到霍尔片的磁场方向有关，在测量过程中只要按要求改变工作电流方向和磁场方向，就可以减少或消除这些副效应的影响。消除副效应的影响消除副效应的影响 四种副效应：有不等位效应V0，爱廷豪森效应VE

6、、能斯脱效应VN、里纪勒杜克效应VRL，这些都属热磁效应。 为了消除上述四种副效应的影响，实验中改变励磁电流IM和磁场的方向，即取（+B，+IM）、（+B，-IM）、（-B，-IM）、（-B，+IM）四种条件下进行测量，测得的4个电压值分别为V1、 V2、V3、 V4，代入下式即可消除其影响：4|4321VVVVVH霍尔效应实验仪霍尔效应实验仪 电压表电流表X2X1210 .14XXX 实验内容：实验内容：1.1.测量霍尔器件输出特性，即验证测量霍尔器件输出特性，即验证V VH H=K=KH HI IS SB,B,注意霍尔器件位于螺线管中注意霍尔器件位于螺线管中央（央（X=0.0cmX=0.0cm），见表），见表1 1、表、表2 22.2.测定螺线管内轴线上磁场分布情况，测定螺线管内轴线上磁场分布情况，作图，并分析螺线管中点处磁场的实作图，并分析螺线管中点处磁场的实验值与理论值的相对误差。（表验值与理论值的相对误差。（表3 3）注意事项注意事项1 1霍尔片又薄又脆，切勿用手摸。霍尔片又薄又脆，切勿用手摸。2 2霍尔片允许通过电流很小，切勿与励霍尔片允许通过电流很小，切勿与励磁电流接错！磁电流接错！3 3电磁铁通电时间不要过长，以防电磁电磁铁通电时间不要过长，以防电磁铁线圈过热影响测量结果