磁场的测量

1 (U 1 U 2 U 3 U 4 ) U H U E 霍尔电压的测量结果为： 4 即： U U U U
UH UH UE
1
2
3
4
4
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操作指南
• 实验装置 • 实验方法与操作
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实验装置
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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KH
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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
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实验原理
•霍尔效应
•霍尔元件中的附加效应
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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）。 B
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。
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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KH 5、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 U H K H I S B 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。
2、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
1. 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 2. 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。
霍尔效应原理
+ + + + + l V d _ _ _ _ _ L fE UH fL Is
示意图如右示。
工作电流
霍尔效应
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：
IS B U H RH d
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：
1 RH nq
若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则
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“异号法”消除系统误差
由 U H K H I S B 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
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大学物理实验
霍尔效应法 测量磁场
主要内容
实验背景
实验原理 操作指南 实验目的 误差消除
基本要求
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。
UH KH IS B
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霍尔元件中的附加效应
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)
当＋IＭ，＋IＳ时，U1 U H U 0 U E U N U S
当＋IＭ，－IＳ时，U 2 U H U 0 U E U N U S
当－IＭ，－IＳ时，U 3 U H U 0 U E U N U S
当－IＭ，＋IＳ时， U 4 U H U 0 U E U N U S
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基本要求
• 数据记录
• 思考与作业
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数据记录
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
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思考与作业
• 根据测量数据分别绘出UH~IS、 UH~IM 的关系图，并用作图法求出磁感应B 的大小 • 判断半导体霍尔元件的导电类型P、N • 由测量百度文库KH计算霍尔元件的载流子浓 度n