磁场的测量教材

霍尔效应法

测量磁场大学物理实验主要内容实验原理实验背景误差消除操作指南基本要求实验目的实验背景

霍尔效应是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。通过该实验可以了解霍尔效应的物理原理以及把物理原理应用到测量技术中的基本过程。返回目录页实验目的1、了解霍尔效应法测量磁场的原理和方法2、学习用“异号法”消除副效应产生的系统误差3、测绘霍尔元件特性4、测量磁感应强度B及磁场分布返回目录页实验原理返回目录页霍尔元件中的附加效应霍尔效应霍尔效应

当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场B和电流方向IS的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压UH）。霍尔效应原理示意图如右示。霍尔效应返回霍尔电压UH与工作电流IS和磁感应强度B及元件的厚度d的关系：式中RH为霍尔系数，它与载流子浓度n和载流子电量q的关系：若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则霍尔元件中的附加效应返回

在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效应的产生，在霍尔元件上测得的电压是各种附加电压叠加的结果。附加电压：不等位电势U0、爱廷豪森效应UE、能斯脱效应UN和里纪-勒杜克效应US，它们相应的电压的正负与工作电流IＳ和磁感应强度B的方向有关。(详细内容见补充讲义或教材P182-183)“异号法”消除系统误差

由可知，只要已知KH，用仪器测出IS和UH，则可求出磁感应强度B的大小。为了减小附加效应对测量霍耳电压UH的影响，我们采用异号法，即将IS和B正反两个方向组合出四种情况，Ｂ的方向决定于励磁电流IM的方向：“异号法”消除系统误差返回目录页当＋IＭ，＋IＳ时，当＋IＭ，－IＳ时，

当－IＭ，－IＳ时，当－IＭ，＋IＳ时，霍尔电压的测量结果为：即：操作指南返回目录页

实验装置实验方法与操作实验装置返回实验内容1、研究霍尔效应及霍尔元件特性（1）研究UH

—IS之间的关系（2）研究UH—IM之间的关系（3）测量KH2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小分布3、作图

（1）

UH—IS关系曲线（2）UH—IM关系曲线（3）B—X

曲线实验方法与步骤下页按仪器面板提示连接电路，打开仪器电源，将霍耳元件调至电磁铁气隙内的中心位置验证UH与IS间的正比关系。励磁电流IM调至500mA,调节工作电流IＳ由2.00至10.00mA，数据间隔1.00mA，改变励磁电流和工作电流的方向，记录U与IＳ填入数据草表。3.验证UH与B间的正比关系。工作电流IS调至6.00mA,调节励磁电流IM由100至500mA，数据间隔50mA，改变励磁电流和工作电流的方向，记录U与IM填入数据草表。实验方法与步骤4、

测量霍尔灵敏度KH

调节励磁电流为500mA，工作电流为10.00mA，可测量出B的大小为0.150T，分别测出U1、U2、U3、U4计算KH5、测量电磁铁气隙中B的大小及分布情况（1）将霍尔元件置于气隙中心(25,15)，调节IM=500mA，IS=10.00mA，测量相应的UH（2）水平方向移动霍尔元件由0mm到50mm每次间隔5mm，记录U，利用公式计算各点B的大小，并绘出水平方向B-X图形，显示出B的分布状态。返回基本要求

返回目录页思考与作业

数据记录数据记录返回1.请按照实验报告册（乙）自画草表记录数据2.实验数据测试完整后由实验老师检查签字后方可离开实验室思