大物-利用霍尔效应测磁场
大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
物理实验教学中心
实验背景
1879年美国科学家霍尔在
研究金属的导电机理时发现当
稳恒磁场垂直作用于载流导体 一段时间后，在导体的另外两 个端面上产生电位差，这种现 象称为霍尔效应。
爱德温•霍尔（1855～1938）
冯·克利青 获1985年的诺 贝尔物理学奖 （量子霍尔效应）
罗伯特·劳克林
数据处理
电路图
实物接线图
低电势电位差计的使用方法
量程旋钮
接饱和标 准电池
接检流计
接电位差 计电源
接霍尔 电压键
校准回路 补偿电阻 选 择 开 关 Nhomakorabea限 流 电 阻 测 量 按 钮 测补 量偿 回电 路阻
步骤： 1. 调整电位差计的工作电流至10mA; 2. 测量霍尔电压UH。
数据记录及处理
工作电流 I（正侧） 励磁电流 B（正侧） 电位差计测量值（mV） U1（正侧）=UH+U0+UE+UN+UNE =
注意事项
注意3组电源及标准电池的极性，不可接错； 调整工作电流时先把滑线变阻器置于阻值最大处；
每次测量完毕应及时断开换向开关。
思考题
本实验中为什么要用换向开关？
UJ31型低电势电位差计在本实验中的作用是什么？
它与一般的电压测量仪器有何不同？ 你认为本实验中最困难的是哪一步？
霍尔效应仪
实验原理
霍尔效应
evB eE e UH U H vBl l IS B 1 IS B U g R KH IS B H H en d d IS v neld
UH B IS KH
KH：霍尔元件灵敏度 RH：霍尔系数
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。
实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。
实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。
霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。
根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。
实验步骤：1. 连接实验仪器。
将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。
2. 调节电磁铁的电流。
通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。
3. 测量霍尔电压。
通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。
4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。
5. 绘制电流与霍尔电压的图线。
6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。
注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。
2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。
3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。
4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。
实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。
利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。
物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场
物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场一、实验目的1.了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔元件测量磁场的方法；2.熟悉磁场的分布规律；3.提高实验操作技能。
二、实验原理霍尔效应是指当一块导体横放于一匀强磁场中，通过导体的电流与磁场的作用，将会在导体横向出现一感生电场，这种现象称为霍尔效应。
可知，霍尔电压与导体所受磁感应强度、电流及导体材料有关，并与导体的尺寸成反比。
通过以霍尔元件为主体，满足一系列条件如导体安放的方向、电流的大小等，就可以依赖观察测量得到任一位置的磁场强度。
其中，磁场通过元件中心处垂直于元素面且方向垂直于感应电场方向。
三、实验装置霍尔元件、匀强磁场、直流电源、电阻箱、万用表、直角支架及其对应的的读数器件等等。
四、实验步骤1.首先将霍尔元件嵌入直角支架上，并悬挂于匀强磁场内使其处于垂直磁场的状态。
2.调整直流电源输出电压，控制通入霍尔元件的电流为3~5 mA，然后逐步改变电流的流向直到得到正常显示结果。
3.用万用表测量并记录霍尔元件两端的电压VH值。
4.根据公式计算出磁场强度B，并注意所用单位。
五、数据记录实验中需记录磁场强度的数值、敏感电势和相关的各个参数值。
六、实验结果和分析实验得出的数据，需绘制相关的图形对其进行分析，以方便验证减小误差并求得实验的精确值。
例如可以绘制B与VH的线性图，并通过其中的斜率及相关公式求取磁场强度的值。
七、实验注意事项1.所有插头的接口端不该触电，表明到位连接后便可插上。
2.霍尔元件一定要安装正确及放置垂直于磁场的方向。
3.匀强磁场可以借助其他工具制作，如砂铁等等。
4.实验操作时注意电流，且变化时要慢慢进行，以免电流过大或过小而影响实验效果。
利用霍尔效应测磁场
（5）
即 ＝ ，测出 值即可求 。
3．霍尔效应与材料性能的关系
根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移
率高、电阻率亦较高）的材料。因
，就金属导体而言，迁移率和电阻率
均很低，而不良导体电阻率虽高，但迁移率极小，因而这两种材料的霍尔系数
都很小，不能用来制造霍尔器件。半导体迁移率高，电阻率适中，是制造霍尔
相等，样品两侧电荷的积累就达 到动态平衡，故有
（1）
（a）
（b）
设试样的宽为b，厚度为d，
图1 霍尔效应实验原理示意图
载流子浓度为n ，则
（a）载流子为电子（N型）；（b）载流子为空穴（P型）
（2）
由（1）、（2）两式可得：
（3）
比例系数 RH
1 ne
称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
只要测出 （伏）以及知道 （安）、（高斯）和 （厘米）可按下式计算
（厘米3／库仑）：
（4）
2．霍尔系数与其它参数间的关系
根据 可进一步确定以下参数：
（1）由 的符号（或霍尔电压的正负）判断样品的导电类型。判别的
方法是按图1所示的 和 的方向，若测得的
即 点电位高于
点的电位，则 为负，样品属N型；反之则为P型。
1
（２）由RH求载流子浓度n。即 n RH e 。应该指出，这个关系式是假定 所有载流子都具有相同的漂移速度得到的，严格一点，如果考虑载流子
的速度统计分布，需引入 3 的修正因子（可参阅黄昆、谢希德著《半
导体物理学》）。
8
（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。电导率 与载流子浓度 n以及迁移率 之间有如下关系：
【实验目的】
实验十六 霍尔效应测量磁场_北大物院普物实验报告
±
������������������
=
������ ������������
=
(14.42
±
0.05)mV
⋅
mT−1
⋅
A−1
3. 根据 2 中计算的������������和������������，计算������，并作磁化曲线图
将由
������
=
������������ ������������������������
������������(mV) 32.22 32.19 32.13 32.11 32.09 32.06 32.05 32.04 32.03 32.02 32.01 31.99 31.98 31.97 31.97 31.97
������(mT) 223.4 223.2 222.8 222.7 222.5 222.3 222.3 222.2 222.1 222.1 222.0 221.8 221.8 221.7 221.7 221.7
2
������������������ )
+
������������ (������������������
2
������������������ )
+
������������ (������������������
2
������������������ )
且有σKH = 0.05mV ⋅ mT−1 ⋅ A−1, ������������������ = 0.09mA，σUH = 0.07mV，可得到 ������������ = 5mT
做出������ − ������图线如下：
表格 5
31.96 31.95 31.94 31.92 31.9 31.87 31.83 31.76 31.67 31.51 31.23 30.81 29.77 27.73 23.94 19.00 14.91 11.96 9.68 8.22 7.03 6.08 5.35 4.77 4.25 3.89 3.48 3.16 2.88 2.65 2.43 2.26 1.90 1.57 1.29
【大学物理实验(含 数据+思考题)】霍尔效应法测磁场
实验4.14 霍尔效应法测磁场一、实验目的1)学习霍尔效应的物理过程和负效应的产生原理和消除方法2)学习应用霍尔效应测量磁场的原理方法二、实验仪器霍尔效应实验组合仪三、实验原理霍尔传感器是利用霍尔效应支撑的磁敏传感器，如图所示，输出的霍尔电压V H=K H I S B式中，K H为传感器灵敏度，I S为电流，B=K M I M为传感器测得的磁感应强度。
每个传感器的K H都不同。
利用传感器测磁场要先测定K H。
I S为恒流源，B由励磁电流I M激发，（K M为单位电流流过线圈时的磁感应强度，仪器上标出）。
实验中恒流源输出工作电流I S、励磁电流I M,在相应条件下测出霍尔电压V H即可标定灵敏度。
为研究霍尔传感器的稳定性以及工作范围，本实验利用霍尔传感器进行输出霍尔电压V H和传感器工作电流I S或磁感应强度B等物理量之间的研究霍尔效应原理一块宽为b，厚为d的矩形半导体薄片（N型，载流子为电子），沿着y方向加一恒定工作电流I S，x方向上加一恒定磁场B，就有洛伦兹力f B=evB（1）。
E 为运动电荷电量，v为电荷速度，f B沿z轴负向。
在洛伦兹力的作用下，样品中的电子偏离原来的移动方向向样品下方运动聚集。
随着电子偏移累积，上方出现正电荷（空穴），形成了上下的霍尔电场。
根据E=V H/b，在A和A′面有霍尔电压V H。
当电厂建立后，它会给运动点和施加一个与洛伦兹力凡响的电场力f E=eE H。
随着电子继续积累，E H的电场力f H逐渐增大，当电场力和洛伦兹力平衡，电子的积累也达到动态平衡，两个面之间形成稳定的霍尔电场E H。
则有E H=evB （2）e V Hb=evB （3）设载流子浓度为n，则六斤半导体的电流密度为j=env （4）v=jne=I Sbdne（5）则（5）中，b为半导体片宽度，d为厚度，e为载流子电量。
将（5）代入（3），令R H=1/en，得V H=I S Bend=R HI S Bd（6）其中R H为霍尔系数，为反映霍尔效应强弱的重要参数。
利用霍尔效应测量磁场的原理
利用霍尔效应测量磁场的原理介绍在物理学中，霍尔效应是指当一个导体中有电流通过时，如果在该导体的垂直方向上施加一个磁场，就会在导体的一侧产生电势差。
这个现象被称为霍尔效应，是由美国科学家爱德华·霍尔于1879年首次发现并解释的。
利用霍尔效应可以测量磁场的强度，因此在科学研究和工程应用中具有重要意义。
原理霍尔效应的原理可以通过经典电动力学理论来解释。
当一个导体中有电流通过时，在这个电流中的移动载流子(例如电子)受到洛伦兹力的作用，导致它们在导体内部产生一个偏转。
这个偏转偏离了电子在没有磁场作用下自由传播的轨道，在导体的一侧积累了过多的载流子，另一侧则相对较少。
由于载流子的偏转，导体的一侧相对于另一侧产生了电势差。
这种电势差由霍尔电压表示，通常可以用电位器或霍尔电压传感器测量。
霍尔电压正比于电流的大小、磁场的强度以及导体上的几何参数，因此可以通过测量霍尔电压来确定磁场的强度。
测量步骤利用霍尔效应测量磁场的步骤如下：1.准备所需材料和设备：包括电源、霍尔电压传感器、导线和磁场源。
2.连接电源和霍尔电压传感器：将电源的正极与传感器的正极相连，负极与负极相连，确保电路连接无误。
3.将霍尔电压传感器固定在待测区域：将传感器放置在待测区域内，确保其垂直于导线和磁场源。
4.施加磁场：打开磁场源，使磁场通过传感器所在的区域。
5.测量霍尔电压：打开电源，通过传感器测量霍尔电压。
记录电流大小以及测量的霍尔电压值。
6.分析数据：利用霍尔效应的公式和实验数据计算磁场的强度。
将测量得到的霍尔电压与电流大小和导体的几何参数进行比较，得出磁场的强度。
应用领域霍尔效应广泛应用于科学研究和工程领域。
以下是一些常见的应用领域：1. 磁场测量霍尔效应可以用来测量磁场的强度和方向。
通过调整电流、磁场和导体的几何参数，可以精确地测量磁场的强度，从而帮助研究人员更好地了解和探索磁场的性质。
2. 电流测量由于霍尔效应与电流大小成正比，因此可以利用霍尔效应来测量电流的大小。
大学物理实验 霍尔效应测磁场
霍尔效应测磁场基本定义：当稳恒磁场垂直作用于载流导体（或半导体）一段时间后，在导体（或半导体）的另外两个端面上会产生电位差（称霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。
霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
【教学目的】1.学会利用霍尔效应测量磁感应强度。
2. 加深对霍尔效应的理解。
3. 掌握异号消除系统误差的方法。
4.掌握UJ31低电势电位差计的使用方法【教学重点】学会利用霍尔效应测量磁感应强度【教学难点】掌握异号消除系统误差的方法。
【教学方法】以学生实验操作为主；讲授、讨论、演示相结合。
【实验仪器】霍尔元件测磁场装置、直流毫安表、直流安培表、UJ31 低电势电位差计、200Ω滑线变阻器、AC15型直流复射式检流计、干电池、蓄电池、稳压电源、标准电池和导线若干。
【学时】3学时【课程讲授】1. 什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关系？回答: 霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
2. 霍尔系数跟什么有关?回答：由霍尔材料的性质决定。
3. 霍尔元件里的电子受到几个力的作用？回答：洛仑磁力和霍尔电场力两个力作用一、实验原理垂直于磁场运动的带电离子将受到洛伦兹力m F q υ=×B 的作用，其中，q 为带电离子的电量，υ为带电离子的速度，B 为磁场的磁感应强度。
取一块形状为长方体、电子导电的半导体，如图3.24所示。
在它的左右两端焊接上电极（标记为3和4），通以自左向右的直流电流d d q I t ==d nqV t=霍尔效应原理d nq bd dt nq bd tυυ=，则半导体中的电子会产生定向移动。
然后在它的前后两端通以稳恒磁场，由于洛伦兹力的作用，电子将向上偏转积聚在上表面，下表面由于少了电子而带正电，上下两面将很快形成一个稳定的电场，且电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，电子不再偏转，上下两面产生恒定的电势差（霍尔电压），连接上下电极1和2，则可测量霍尔电压的大小。
物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场
实验名称：利用霍耳效应测磁场实验目的： a ．了解产生霍耳效应的物理过程；b ．学习用霍尔器件测量长直螺线管的轴向磁场分布；c ．学习用“对称测量法”消除负效应的影响，测量试样的S H I V -和M H I V -曲线；d ．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
实验仪器： TH －H 型霍尔效应实验组合仪等。
实验原理和方法： 1. 用霍尔器件测量磁场的工作原理如下图所示，一块切成矩形的半导体薄片长为l 、宽为b 、厚为d ，置于磁场中。
磁场B 垂直于薄片平面。
若沿着薄片长的方向有电流I 通过，则在侧面A 和B 间产生电位差B A H V V V -=。
此电位差称为霍尔电压。
半导体片中的电子都处于一定的能带之中，但能参与导电的只是导带中的电子和价带中的空穴，它们被称为载流子。
对于N 型半导体片来说，多数载流子为电子；在P 型半导体中，多数载流子被称为空穴。
再研究半导体的特性时，有事可以忽略少数载流子的影响。
霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。
以N 型半导体构成的霍尔元件为例，多数载流子为电子，设电子的运动速度为v ，则它在磁场中收到的磁场力即洛仑兹力为B ev F m ⨯-=F 的方向垂直于v 和B 构成的平面，并遵守右手螺旋法则，上式表明洛仑兹力F 的方向与电荷的正负有关。
自由电子在磁场作用下发生定向便宜，薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚，以两个侧面有了电位差。
同时，由于两侧面之间的电位差的存在，由此而产生静电场，若其电场强度为x E ，则电子又受到一个静电力作用，其大小为x E eE F =电子所受的静电力与洛仑兹力相反。
当两个力的大小相等时，达到一种平衡即霍尔电势不再变化，电子也不再偏转，此时，BV E x =两个侧面的电位差b E V x H =由nevbd I =及以上两式得B H I ned V )]/(1[=其中：n 为单位体积内的电子数；e 为电子电量；d 为薄片厚度。
大物C-霍尔元件
分别测量电压值 Ui，计算霍尔电压 UH，填入表 2 中，并绘出 UH-IM 曲线，分析霍尔电压 UH 与励磁电流
IM 之间的关系。
【数据记录】
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表1
霍尔电压UH与工作电流Is的关系Im=300mA,C= 0.5010 T/A d=0.4997mm B=0.1503 T
Is(mA) U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) +IM，+Is -IM，+Is -IM，-Is +IM，-Is
700
9.67
-9.66
9.69
-9.69
800
11.07 -11.06
11.09 -11.10
UH 1 U1 U 2 U 3 U 4 4
(mV)
1.305 2.700 4.095 5.495 6.895 8.280 9.678 11.080
B(mT)
1.43 1.48 1.50 1.51 1.51 1.51 1.52 1.52
1) .移动二维移动尺，使霍尔元件处于电磁铁气隙中心位置,闭合励磁电流开关，调节励磁电流 IM=300mA，
通过公式：B=C∙IM 求得并记录此时电磁铁气隙中的磁感应强度 B（C 为电磁铁的线圈常数，C 的值见面板
标示牌）
2) .调节工作电流 Is=1.00、2.00……、8.00mA（间隔 1.00mA），通过变换实验仪各换向开关，在（+IM，+Is）、
3).将测试仪的电压量程调至高量程。
4).测试仪面板右下方为提供励磁电流 IM 的恒流源输出端，接实验仪上励磁电流的输入端（将接线叉口与
接线柱连接）。
5).测试仪左下方为提供霍尔元件工作电流 Is 的恒流源输出端接实验仪工作电流输入端（将插头插入插孔）。
利用霍尔效应测量磁场的原理
利用霍尔效应测量磁场的原理一、引言霍尔效应是一种用于测量磁场的重要原理，它利用了材料中的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的电势差来进行测量。
本文将详细介绍利用霍尔效应测量磁场的原理。
二、霍尔效应基础知识1. 霍尔效应定义霍尔效应是指当把一个导体置于外加磁场中时，在导体内部会形成一定大小和方向的电势差，这种现象称为霍尔效应。
2. 霍尔电压公式在一个宽度为w、长度为l、厚度为t的导体内，当通过该导体沿着x 轴方向有电流I流过时，如果该导体放置在磁感强度B垂直于x轴方向的外加磁场中，则在y轴方向会出现一个电势差VH。
其中，VH与I、B以及l、w和t之间存在如下关系：VH = RHB * I * B其中RHB称为霍尔系数或霍尔常数，它与材料有关。
3. 霍尔系数公式对于n型半导体材料而言，其霍尔系数RHB可表示为：RHB = 1/ne其中，n为半导体中的载流子浓度，e为电子电荷。
4. 霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于磁场测量、传感器、电子元件等领域。
其中，利用霍尔效应进行磁场测量是其最重要的应用之一。
三、利用霍尔效应测量磁场的原理1. 测量原理利用霍尔效应进行磁场测量的原理基于以下两个方面：（1）材料中载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生电势差；（2）在材料内部形成沿着磁场方向的电势差，在外部形成垂直于磁场方向的电势差。
根据这两个方面，可以通过将一个材料放置在外加磁场中，并通过测量该材料内部沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差来确定外加磁场强度大小和方向。
2. 测量步骤利用霍尔效应进行磁场测量需要按以下步骤进行：（1）选择合适的半导体材料：选择具有良好霍尔效应的半导体材料，如InSb、InAs等。
（2）制备霍尔元件：将半导体材料制成一定尺寸的薄片，然后在薄片上制作电极。
（3）放置在磁场中：将霍尔元件放置在外加磁场中，并通过电流源给霍尔元件提供一定大小的电流。
（4）测量电势差：通过两个电极间的电势差来测量沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差，从而确定外加磁场强度大小和方向。
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场实验目的：1.熟悉霍尔效应的基本原理。
2.掌握用霍尔效应法测量磁场的方法。
3.了解LCR电路的基本原理及其在霍尔效应实验中的应用。
实验原理：1.霍尔效应当一个半导体片被放置在一个磁场中时，正常的电流方向将被改变，这是霍尔效应的重要特征。
在一个横向磁场中，电子将受到一个力，使它们沿一个轴移动，这个轴垂直于电流和磁场之间的平面。
由于电荷的分布而产生的电压称为霍尔电压，它与磁感应强度和电流成正比。
2.LCR谐振电路LCR谐振电路是一种电路，可以在给定频率下将电压最小化。
它包括一个电感，一个电容和一个电阻器。
在特定的谐振频率下，当电感和电容的电流达到平衡时，电阻器的电流将为零。
这时电路的表现出来的阻抗是最小的，因此在谐振频率下可以测量出磁场。
实验器材：霍尔效应实验装置、电源、导线、万用表、量角器、磁铁。
实验步骤：1.首先将霍尔效应实验装置放在静磁场中，并用万用表确认磁场的磁感应强度。
2.将红色电缆夹子连接到霍尔片上的直流电极，将黑色夹子连接到其左边的垂直电极，用导线将电缆夹子连接到电源上。
3.用万用表检查电源输出电压的值。
将电源输出电压调整到所需的范围。
4.将量角器放在霍尔片上，测量电流通过载流电极时，霍尔片的垂直电极与磁场之间的夹角。
5.打开电源，调整电流强度至所需范围。
6.将电阻器调至LCR电路上的电阻元件的最佳位置。
7.使用万用表或示波器测量在谐振频率下所具有的最小值。
8.再次使用量角器，测量电流通过霍尔片时，霍尔电压与磁场之间的夹角。
9.用霍尔电压和磁感应强度计算出霍尔常数。
1.通过等式VH = IBZH / e d，我们可以计算出横向电场的霍尔电压，其中IB是电流，ZH是霍尔电阻，e是电子的带电量，d是半导体晶片的厚度。
3.使用等式R = V/IH计算出霍尔电阻。
实验结果分析：通过实验数据处理，我们可以计算出霍尔电阻和霍尔常数，并使用它们来确定磁场的强度。
用霍尔效应测磁场-大学物理实验精品
实验中遇到的问题与解决方案
仪器故障
部分学生在实验过程中发现仪器出现故障，如电压表或电流表读数异常。经过检查，发现 是线路连接问题或仪器自身故障。解决方案是及时向教师报告问题，并按照教师的指导重 新连接线路或更换仪器。
数据波动
部分学生在测量霍尔电压时发现数据波动较大，影响实验结果的准确性。经过分析，发现 是测量过程中存在干扰因素。解决方案是在测量过程中尽量减少干扰，如关闭其他电器设 备，确保测量环境的安静。
利用霍尔元件在磁场中产生的霍尔电压来测量磁 场强度，具有较高的精度和灵敏度。
磁阻法
利用磁阻效应测量磁场强度，具有较高的灵敏度 和分辨率。
磁场测量的应用
地球磁场测量
地球自身存在磁场，通过测量地球磁场可以研究地球的构造和地 球物理学的基本问题。
磁力勘探
利用磁场测量技术探测地下矿藏、石油等资源，具有高效、无损的 特点。
磁性材料研究
通过测量不同材料的磁学性质，研究磁性材料的物理特性和应用前 景。
05
实验结果分析
数据处理与误差分析
数据处理
对实验测得的数据进行整理、计算和绘图，得出霍尔元件的霍尔系数和载流子 浓度。
误差分析
根据测量原理和实验操作，分析可能存在的误差来源，如温度变化、电路噪声、 测量仪器误差等。
实验结果与理论值比较
有关。
霍尔效应的应用
磁场测量
利用霍尔效应可测量磁场的大 小和方向，广泛应用于电机、
发电机、磁记录等领域。
电流测量
通过测量霍尔电压可间接测量 电流强度，具有高精度、无接 触等优点。
半导体技术
利用霍尔效应可研究半导体的 载流子性质，如载流子类型、 浓度和迁移率等。
传感器技术
大学物理实验讲义实验 用霍尔效应法测量磁场
实验16用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从~1015-310T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。
常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。
一般地，霍尔效应法用于测量10~104-T 的磁场。
此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。
但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。
用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。
【实验目的】1. 了解霍尔效应产生的机理。
2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。
3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。
4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。
【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。
【实验原理】1. 霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。
特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。
霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
霍尔效应仪
实验原理
霍尔效应
evB eE e UH U H vBl l IS B 1 IS B U g R KH IS B H H en d d IS v neld
UH B IS KH
KH：霍尔元件灵敏度 RH：霍尔系数
霍尔元件中的附加效应：
实验背景冯克利青获1985年的诺贝尔物理学奖量子霍尔效应霍斯特施特默罗伯特劳克林崔琦共同获得1998年的诺贝尔物理学奖分数霍尔效应?了解霍尔效应法测量磁场的原理和方法?学习用异号法消除附加效应产生的系统误差?掌握uj31型低电势电位差计的使用实验目的霍尔效应仪检流计电位差计电源毫安表滑动变阻器uj31型低电势电位差计电源饱和电池实验仪器霍尔效应1hhsshhhssuevbeeeuvbllibiburkibenddivneld???????????????ghshubik?kh
注意事项
注意3组电源及标准电池的极性，不可接错； 调整工作电流时先把滑线变阻器置于阻值最大处；
每次测量完毕应及时断开换向开关。
思考题
本实验中为什么要用换向开关？
UJ31型低电势电位差计在本实验中的作用是什么？
它与一般的电压测量仪器有何不同？ 你认为本实验中最困难的是哪一步？
U0：不等位电势 UE：爱廷豪森效应
UN：能斯脱效应
US： 纪-勒杜克效应 产生机理详见教材P128
误差消除：
+IS +B U1
-IS
-IS +IS
+B
-B -B
U2
U3 U4
U1 U 2 U 3 U 4 UH 4
用异号法消除系统误差
实验内容与步骤
测量磁铁产生匀强磁场的B的大小 学习正确使用低电势电位差计
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场
实验 16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从 10 15 ~ 103 T（特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。
常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。
一般地，霍尔效应法用于测量 10 4 ~ 10 T 的磁场。
此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。
但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。
用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（ N 型或 P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。
【实验目的】1.了解霍尔效应产生的机理。
2.掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。
3.学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。
4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。
【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应 /螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。
【实验原理】1.霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879 年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。
特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。
霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
大学物理实验讲义实验12 用霍尔效应法测量磁场精编版
实验16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从~1015-310T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。
常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。
一般地，霍尔效应法用于测量10~104-T 的磁场。
此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。
但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。
用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。
【实验目的】1. 了解霍尔效应产生的机理。
2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。
3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。
4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。
【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。
【实验原理】1. 霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。
特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。
霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
大学物理利用霍尔元件测磁场
V R 的正负仅与B的方向有关，而与I 的方向无关。
（4）不等电势效应引起的电势差
由于制造上困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能在同一条等势线上。因此，即使未加磁场，当I 流过时，3、4两点也会出现电势差
TH—H霍尔效应实验测试仪
TH— 型H `S
霍尔测效试应仪 螺线管磁场
+
VH、VO(mv)
功能切换
IS、IM(A)
+
IS 输
S
H
IM
输
出
出
-
VH、VO输入
IS调节
测量选择
IM调节 -
调零
IS
IM
杭州天科技术实业有限公司
杭州天煌电器设备厂
工作电流
励磁电流
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容和步骤 报告要求 阅读材料 三、实验仪器
大学物理利用霍尔元件测磁场
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容和步骤 报告要求 阅读材料 一、实验目的
了解产生霍尔效应的物理过程 学习用霍尔元件测量长直螺线管的轴向磁场分布 学习“对称测量法”消除负效应的影响，测量试样的VH—IS 和VH—IＭ曲线 确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容和步骤 报告要求 阅读材料 z
（1）实验仪双刀开关倒向“VH”，测试仪功能选择置于“VH” IM=0.5A,测绘VH—IS 曲线．
IS/mA
1.00 1.50 2.00
V1/mV V2/mV V3/mV V4/mV VH=(V1-V2+V3-V4)/4 /mV +B,+Is -B,+Is -B,-Is +B,-Is
霍尔测磁场(大物实验)
霍尔测磁场(大物实验)霍尔效应实验是指为了解霍尔效应测量磁场原理而进行的实验。
目的与要求1．了解霍尔效应测量磁场的原理和方法；2．观察磁电效应现象；3．学会用霍尔元件测量磁场及元件参数的基本方法。
仪器与装置霍尔效应实验仪原理1．霍尔效应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作用而引起的偏转所产生的。
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于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场。
半导体试样，若在方向通以电流，在方向（垂直纸面向外）加磁场，则在方向即试样、电极两侧就开始积累异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移的。
当载流子所受的横向电场力与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡。
其中为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
在此，载流子电量为电子电量。
设试样的宽为，厚为，载流子浓度为，则：即霍尔电压（、电极之间的电压）与乘积成正比，与试样厚度成反比。
比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出（伏），以及知道（安）、（特斯拉），可按下式计算出（伏特/安培·特斯拉）：根据可进一步确定以下参数：（1）由的符号（或霍尔电压的正负）判别半导体样品的导电类型；判别的方法是所示的和的方向，若测得的<0（即点A`的电位低于点A的电位）则为负，样品属型，反之则为型。
（2）由求载流子浓度，即；（3）结合电导率的测量，求载流子的迁移率。
迁移率表示单位电场下载流子的平均漂移速度，它是反映半导体中载流子导电能力的重要参数。
测出值即可求。
在实验中测出，、两电极间电压。
已知、间长为，样品截面积，工作电流为，由欧姆定律，其中为电子电量库仑。
2．各种附效应及其消除以上讨论的霍尔电压是在理想情况下产生的，实际上，在产生霍尔效应的同时，还伴随着各种附效应，所以实验测到的并不等于真实的霍尔电压值，而是包含着各种附效应所引起的附加电压。
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五、数据记录：
１、测量试样的V H—I S和V H—IＭ曲线，确定样品的霍尔系数
（1）保持励磁电流I M（I M=0.600A）不变,将实验仪双刀开关倒向“V H ”，测试仪功能选择置于“V H ”，测绘V H—I S曲线．
I S/mA V1/mV V2/mV V3/mV V4/mV
1234
4
mv
H
V V V V
V
+++
=
+B,+I s-B,+I s-B,-I s+B,-I s
1.00-
2.82 2.72 -2.70 2.82 2.77
1.50-4.20 4.05 -4.04 4.20 4.12
2.00-5.59 5.39 -5.38 5.60 5.49
2.50-7.00 6.75 -6.74 7.02 6.88
3.00-8.40 8.09 -8.08 8.42 8.25
3.50-9.80 9.45 -9.44 9.81 9.63
4.00-11.21
10.80
-10.79 11.23 11.01（2）、保持霍尔片工作电流I S的值不变（I S=3.00mA），测绘曲线V H—IＭ
I M /A
V1/mV V2/mV V3/mV V4/mV
1234
4
mv
H
V V V V
V
+++
=
+B,+I s-B,+I s-B,-I s+B,-I s
0.300 -4.28 3.95 -3.94 4.27 4.11
0.400 -5.64 5.33 -5.32 5.64 5.48
0.500 -7.01 6.71 -6.70 7.03 6.86
0.600 -8.39 8.09 -8.08 8.41 8.24
0.700 -9.79 9.49 -9.47 9.82 9.64
0.800 -11.19 10.89 -10.87 11.22 11.04
励磁线圈参数K= 4.15 KGS.A-1
霍尔片厚度d = 0.50 mm 1T=10000GS=10KGS
２、测量螺线管轴线上磁场分布
霍尔片工作电流I S = 6 mA , 励磁电流I
M = 0.600 A, 霍尔元件灵敏度K H = 2.25 mv/mA.KGS
X 1/cm X 2/cm X/cm
V 1/mV
V 2/mV
V 3/mV
V 4/mV
V H /mV B /KGS +B ,+I s
-B ,+I s
-B ,-I s
+B ,-I s
0.0 0.0 14 0.33 -0.48 0.47 -0.34 0.41 0.030 0.5 0.0 13.5 0.59 -0.75 0.75 -0.60 0.67 0.050 1.0 0.0 13 0.81 -0.97 0.97 -0.82 0.89 0.066 2.0 0.0 12 0.98 -1.14 1.14 -0.98 1.06 0.079 5.0 0.0 9 1.03 -1.20 1.19 -1.03 1.11 0.082 8.0 0.0 6 1.02 -1.20 1.19 -1.03 1.11 0.082 14.00 13.0 -13 0.90 -1.08 1.07 -0.91 0.99 0.073 14.00 13.5 -13.5 0.79 -0.96 0.96 -0.80 0.88 0.065 14.00
14.0
-14
0.57
-0.74
0.74
-0.58
0.66
0.049
六、数据处理：
1、绘制试样的V H -I S 曲线、V H -I M 曲线。
由两个曲线图，得：K1=2.7506mV/mA =2.7506V/A ， K2=13.793mV/A =0.013793V/A ， 且I M = 0.600 A ，I S = 6 mA=0.0006A ， 可
得
：
T
K
G S I A K
G S B M 249.049.26.015.4/15.4==⨯=⨯= ，
T ·m/A · V 105.5 1049.2050.0/7506.210103-111⨯=⨯⨯=⨯=⨯=
KGS
cm
A V
B d k B I d V R S H H 10/15.410/51.4212⨯⨯=⨯⨯=
A
KGS I d
k A KGS I I d V R S S M H H
T ·m/A · V 1054.510/15.41000.3050.0/013793.03
3
--⨯=⨯⨯⨯⨯=
A
KGS A cm A V 所以，T ·m/A · V 105.52KGS ·cm/A · V 2
554
.055.023-21⨯=+=+=
H H H
R R R
2、绘制螺线管的中心轴线上的磁场分布曲线。