大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应用设计PPT

霍尔效应与应用设计当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应霍尔效应的应用在现代汽车上广泛应用的霍尔器件：ABS系统中的速度传感器汽车速度表和里程表液体物理量检测器发动机转速传感器。量子领域的霍尔效应

【实验目的】1．通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔元件的基本结构；2．学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、迁移率等参数的实验方法和技术；3．学会用“对称测量法”消除副效应所产生的系统误差的实验方法。4．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。5.探究能否用更少的数据完成实验实验原理ISVH一、霍尔效应原理根据霍尔系数RH可进一步确定以下参数载流子浓度电导率迁移率二、实验中的副效应及其消除方法（1）不等势电压降V0（2）爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压VE（3）能斯托效应—热磁效应直接引起的附加电压VN（4）里纪—勒杜克效应—热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL0非大电流，非强磁场下，VH＞＞VE，因此VE可略而不计三、利用霍尔效应原理测量磁场

利用霍尔效应测量磁场是霍尔效应原理的典型应用。若已知材料的霍尔系数RH，通过测量霍尔电压VH，即可测得磁场。其关系式是四、长直通电螺线管轴线上磁感应强度根据毕奥-萨伐尔定律，对于长度为2L,匝数为N,半径为R的螺线管离开中心点x处的磁感应强度为实验内容1.测量霍耳电压与工作电流，记录数据测绘VH-IS曲线恒定磁场，保持励磁电流IM=0.50A，调整工作电流IS,记录数据根据数据画出VH-IS曲线，通过回归法可计算出k1=2.0123VH-IS曲线2.测量霍耳电压与励磁电流IM，记录数据测绘VH-IM曲线恒定磁场，保持工作电流IS=3..00mA，调整励磁电流IM,记录数据根据数据画出VH-IM曲线，通过回归法可计算出k2=12.0725VH-IM曲线可得到与仪器标注178mV/mA·T相差不大计算KH的不确定度由于实验没有对同一数据进行多次测量取平均值，没有A类不确定度，B类不确定度源于仪器的测量误差，已知仪器的测量准确度为0.5%，取均匀分布rrr0.0005775mV/mA·T3.在零磁场下（即IM=0），测量VBC（即Vσ）。（IS取0.10，0.20，0.30……1.00mA）通过回归法可计算出k3=766.5455计算载流子浓度n、电导率、迁移率μ与其不确定度:UN

、Uσ、Uμ主要源于所给霍尔元件尺寸的误差4.亥姆霍兹线圈单边水平方向磁场分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）5.通电螺线管轴向磁场分布（IM为500mA，Is为3.00mA））理论值测量值实验遇到的问题及解决的方法①是否需要考虑地磁场？

不需要。地磁场过于微弱（50-60μT），对实验产生的影响完全可以忽略，但如果周围有产生强磁场的物体，比如变压器，输电线等，最好换更场地②实验使用了直流电，而且会长时间使用装置，这样做是否会影响实验结果？

有影响，爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压VE被证明无法消除，但可通过使用交流电减小误差，即便使用直流电，在非大电流，非强磁场下，VH>>VE，因此VE可忽略不计实验中本人将一空闲装置启动后单独放置了半个小时左右，其读数变化不明显（约0.02mV），为了严谨，使用装置时最好每十分钟关机冷却一分钟以上③记录时需记录V1、V2、V3、V4并求平均值过于麻烦，能否只用两个电压数据的平均值完成实验？在实验中发现两个电压数据的平均值不但接近四个电压的平均值，而且与电流之间的回归方程的斜率似乎也很接近我们无法彻底消除误差，但我们可以减小误差，只要可以将其减小到我们可以接受的范围，依旧可以算作排除了误差影响，而用尽可能少的实验操作减少误差也是实验的重点之一

如果只使用两个电压的平均值(|V1|+|V2|)/2=VH+VN+VRL+VE

(|V1|+|V3|)/2=VH+VE(|V2|+|V4|)/2=VH+VE

(|V3|+|V4|)/2=VH-VN-VRL+VE

由②可以知道实验时VE很小可以忽略，但是这样做对斜率造成的影响是否明显呢？

借助实验1的数据，进行计算使用四个数据的平均值时，通过回归法计算出k=2.0123

只使用V1、V2的平均值时，通过回归法计算出k=2.0182只使用V1、V3的平均值时，通过回归法计算出k=2.0121只使用V2、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0125只使用V3、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0064

斜率相差不大，但仍有差异,出于严谨，不能只使用两个电压数据的平均值进行计算

④实验中还有哪些未考虑到的误差？会有什么影响？如何处理这些误差？

实验装置不可能达到绝对完美的精准。霍尔元件不会完美地位于励磁线圈几何中心点上，也不会刚好处于螺线管的几何轴线上，与磁场也不会完全垂直，线圈、