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1、物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验霍尔效应及磁场的测量物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验目的实验目的1.1.了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔效了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔效应测量磁场的方法。应测量磁场的方法。2.2.学习用对称测量法消除霍尔元件的副效应。学习用对称测量法消除霍尔元件的副效应。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验原理实验原理导体或半导体薄膜材料在外加电场作用下，载流子产生定向运动，运动的电荷在磁场中受到洛仑兹力作用使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以偏转的载流子将在边界积
2、累起来，产生一个横向电场E EH H，这个现象称为霍尔效应，该电场称为霍尔电场。应用这种效应做成的传感器称为霍尔元件。图1 霍尔效应物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验霍尔电势差的产生和确定霍尔电势差的产生和确定K KH H称为霍尔元件的灵敏度，是一个常数，单位为称为霍尔元件的灵敏度，是一个常数，单位为 FBFE+ + + + + +- - - - - -BIHVHb物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验由上式可看出，若已知霍尔片的灵敏度K KH H，只需分别测出霍尔电流I IH H及霍尔电势差V VH H就可以算出磁场B B的大小，这就是
3、霍尔效应测磁场的基本原理。*一般要求霍尔元件的灵敏度KH愈大愈好。KH与载流子浓度n成反比，半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以都用半导体材料作为霍尔元件，KH与材料片厚d成反比,因此霍尔元件都做得很薄,一般只有0.2mm厚.物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验霍尔元件副效应及消除霍尔元件副效应及消除在实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，它使所测得的电压不只是VH还会附加另外一些电压，给测量带来误差。这些热磁效应有1.埃廷斯豪森效应2.能斯脱效应3.里纪-勒杜克效应4.不等位效应物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验埃廷斯豪森效
4、应，是由于霍尔片两端有温度差，从而产生温差电动势VE，它与霍尔电流IH、磁场B方向有关。能斯脱效应，是由于当热流通过霍尔片在其两侧会有电动势VN产生，只与磁场B和热流有关。里纪-勒杜克效应,是当热流通过霍尔片时, 两侧会有温度差产生,从而又产生温差电动势VL,它同样与磁场B及热流有关.不等位效应,是两侧的电极不在同一等势面上引起的，当IH通过电流端时，即使不加磁场也会有电势差V0产生，其方向随IH方向而改变。 霍尔元件副效应及消除霍尔元件副效应及消除物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验 这些负效应值的正负与电流和磁场的方向有关，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上
5、就能把副效应的影响从测量结果中消除。 物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验测量电路如左图所示,VAA电压测量双路恒流电源提供实验装置电源和显示霍尔电压的数值。左面的恒流源提供电磁铁提供励磁电流IM，右面的恒流源提供霍尔工作电流IH，中间的电压表显示霍尔电压VH的大小。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验测量实验测量图1 霍尔效应*确定仪器的KH和IH，并记录下来，方可开始实验。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验 实实 验验 仪仪 器器物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验电源
6、电源电源电源电源电源SH500ASH500A型型SH500SH500型型对称法消除负效应对称法消除负效应换向开关换向开关物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验IM霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验操作要求实验操作要求 测量电磁铁间隙磁场沿水平方向的分布, 画出分布图(B-X图)(IM=600mA);A.将霍尔控制电流调至设定值， SH500型 IH=9.00mA; SH500-A型 IH=2.00mA；B. 测量单边水平方向磁场分布(020mm)，012mm每隔4mm测一点，1320mm每隔1mm测一点
7、；C. 每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验磁场沿水平方向的BX分布 （IM=600mA）x (mm)048121314151617181920V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)B(T)实验操作要求实验操作要求物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验电磁铁气隙磁场沿水平方向的分布电磁铁气隙磁场沿水平方向的分布BX图图 物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验A.将霍尔控制电流调至设定值: SH500型IH=9.00mA; SH500-A型IH=2.0
8、0mAB.励磁电流IM在0200mA,800mA1000mA范围内 每隔50mA测一点,200mA800mA范围内每隔 200mA测一点;C.每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应. 测量励磁电流与霍尔电压的IM-VH关系曲线实验操作要求实验操作要求物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验操作要求实验操作要求IM-VH 关系 （位置在0mm处）IM(mA)0501001502004008008509009501000V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验IMM-VHH 关系曲线
9、关系曲线物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验注意事项注意事项1. 励磁电流与霍尔电流的输入端不可接错;2. 两种霍尔效应实验仪的工作电流不得超过: SH500型 IH10.00mA; SH500-A IH0VH0VH0* *如何判断磁场方向如何判断磁场方向物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验实验报告基本要求：字迹清晰，文理通顺，图表正实验报告基本要求：字迹清晰，文理通顺，图表正确，数据完备和结论明确确，数据完备和结论明确实验报告内容包括： （1）实验名称 （2）实验目的 (3)实验仪器（名称、规格、型号、编号等） （4）实验原理：原理图、电路图、主要计算公式 （5）实验步骤 （6）数据处理：原始数据重新列表并计算处理 （7）实验结论：阐述得到的规律特征及分析 （8）签字数据
