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1、霍尔效应测量螺纹管磁场,大学物理实验,物电学院普物教研室,【实验目的】,1、解霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用。 2、测绘霍尔元件的VH-Is,VH- IM曲线了解霍尔电势差 VH与霍尔元件控制(工作)电流Is,磁感应强度B及 励磁电流和IM之间的关系。 3、学习利用霍尔效应测量感应强度B及磁场分布。 4、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 5、掌握用霍耳元件测量通电螺线管轴向磁场的方法。 6、了解通电长直螺线管轴线上的磁场强度分布。,1、FH2601实验用数字源表2、FH4512A霍尔效应螺纹管磁场实验仪,【实验仪器】,FH2601实验用数字源表,图5 FH2601
2、实验用数字源表平面图,FH4512A霍尔效应螺旋管实验仪,图4 FH4512A 螺旋管磁场实验仪,霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中 受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子(电 子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致 在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧 的聚积,从而形成附加的横向电场。,【实验原理 】,1、霍耳元件测磁场原理,霍尔效应原理图,图1 霍尔效应原理,2、用霍耳元件测通电长直螺线管轴向磁感应强度B分布,图3 螺旋管轴线上磁场分析,实验项目,一、研究霍尔效应及霍尔元件特性 1、测量霍尔元件零位(不等位)电势V0 及不等位电阻R0 = V0/Is 2、研究VH与
3、励磁电流IM,工作(控制) 电流Is之间的关系二、测量螺纹管的磁感应强度B 1、测量螺纹管中心的磁感应强度B 2、测量螺纹管磁感应强度B的分布,【实验内容 】,1、熟悉FH2601三个部分的功能。,a) FH2601数字源表,面板的左边是大电流恒流 源,只能用于螺旋管线包励磁用,严格禁止用 于霍尔片工作电流。b) FH2601数字源表面板中部是电压检测部分, 用于测量霍尔电压的大小。c) FH2601数字源表面板右边是霍尔片工作电流源。,2、连线路 首先将二个电流源输出调节到最小。a)将霍尔传感器的工作电流端(红色线+、黑色线-)与FH2601的2mA电流输出端相连接。b)将霍尔传感器的输出电
4、压(霍尔电压)与FH2601的电压检测输入端相连接。c)将螺旋管线包的输入线与FH2601的1A恒流源相连接。注意以上三组线千万不能接错,以免烧坏元件。确认接线无误后开机。,3、研究霍尔效应与霍尔元件特性a) 测量霍尔元件的零位(不等位)电势 V0 和不 等电阻 R0 (1)短路之间霍尔电压输入端,调节调零旋纽 使电压表显示00.00mv;(2)断开励磁电流IM。(3)调节霍尔控制(工作)电流Is =2.00mA,开 关改变霍尔工作电流输入方向分别测出零位霍 尔电压VO1、 ,VO2并计算出不等位电阻。,b)测量霍尔电压 VH 与工作电流Is 的关系将霍尔探测棒移至螺旋管中心,调节IM =10
5、00mA,调节Is =0.500、1.00、5.00mA(励磁电流为 100.0mA),分别测出其相应的霍尔电压VH 填入表(1)。绘出Is VH 曲线,验证线形关系。 c)测量霍尔电压 VH 与励磁电流 IM 的关系 霍尔元件仍位于气隙中心,调节 Is =5.00mA , 调节 IM =50、100、2001000mA,分别测量霍尔电压 VH 值填入表(2),并绘出 IM - VH 曲线,验证线性关系的范围,分析当IM 达到一定值以后, IM- VH 直线斜率变化的原因。,测量螺旋管中磁感应强度B的分布 a ) 将霍尔控制棒移到螺旋管中间位置(探测棒 上标有标记线),调节IM =1000 mA ,Is =5.00mA,测量相应的VH 。 b) 将霍尔元件从中心向边缘移动每隔10mm选 一个点测出相应的VH ,填入表3。 c)由以上所测 VH 值,由公式VH =KHISB计算 出各点的磁感应强度,并绘出B-X图,显示螺 旋管内B的分布状态。,【思考与讨论 】,1、霍耳效应的定义是什么?用它测磁场的 原理是什么?工作电流IS、螺线管磁场B、 霍耳电势差VH三者方向关系是什么?,2、与霍耳效应同时产生的副效应是否一定 很小?实验是如何基本消除副效应产生 的附加电势差的?,再见!,