大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
霍尔效应法测量磁场
霍尔效应测磁场霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。
1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。
后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。
随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。
在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。
近年来，霍尔效应实验不断有新发现。
1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。
目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。
在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。
【实验目的】1．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V H—Is，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B之间的关系。
3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度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。
【实验原理】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。
如图13-1所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。
由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。
【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。
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。
大一下物理实验【实验报告】 霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场
东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称：霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………预习报告实验目的：1.了解霍尔效应的基本原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2.了解霍尔效应及其消除办法。
3.确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。
4.利用霍尔效应测量磁场，并研究载流线圈组的磁场分布。
实验仪器（包括仪器型号）：实验中的主要工作：1.霍尔效应的研究：（1）、测量霍尔元件的灵敏度；（2）、测量半导体材料的电导率；（3）、确定所用霍尔元件的电导类型，计算霍尔系数R，载H流子浓度n及载流子迁移率 。
2.利用霍尔效应测磁场：（1）、根据仪器的使用方法调整好测磁实验仪；（2）、测定一对共轴线圈轴线上的磁场分布；（3）、测量长直螺线管轴线上的磁场分布。
①取I=10mA和适当的I M，测量螺线管轴线磁场上的分布，做B-X曲线，并分析结果②测定B=CI M中螺线管常数C预习中遇到的问题及思考：1.霍尔效应实验中有哪些副效应？通过什么方法消除它？答：霍尔元件通常为一矩形薄片，由于材料本身的不均匀以及电压输出的对称性，会在电极位置产生不等位电势差，在研究固体的导电性质时还发现一些热电、热磁效应伴随着霍尔效应一起出现，这样实验中从A、A`测得的电压U并不等于真实的霍尔电压，而是包含了由各种副效应引起的虚假电压。
一般来说附加电压的正负与霍尔原件工作电流及磁感应强度B的方向有关，可以采用对称测量法进行修正。
霍尔效应测磁场 大学物理实验(二)
电磁铁
位置调节
IM换向开关 IH换向开关
300Ω电阻
毫伏表 切换开关
300Ω
拨到IH
调IH大小
IM=400mA
IH=0.5mA？ B=265.2mT
IH
150.1 300
0.5mA
“IH/UH”开关 拨到UH 4种组合：U1、 U2、 U3、 U4
四、实验内容
内容1. 测研究UH与IH关系
UH KH BI H
四、实验内容
内容3、测B（不用毫特计），B-IM曲线
B UH KH IH
IH不变（1mA，即UR=300mV），位置不变， 改变IM，测UH（对称测量）。 计算B，作B-IM图
示例
注：KH 用内容2的测量结果 表2、表3可一次性完成
四、实验内容
内容4、测绘磁极间的磁场分布
IM不变（400mA），改变位置X，用毫特计 直接测Ｂ，作磁场分布B-X图
极性判断：左手定则。 B、IH同时改向，UH符号不变
霍尔电压： UH KH IH B
推导
FB(一定)→偏转→E↑→FE↑→FB=FE，稳定
} qvB qE E vB E UH /b
} UH vBb
注：如B与薄片法线夹角为θ时，UH KH IH Bcos
二、实验原理
霍尔灵敏度：
KH
1 nqd
N
0
x(mm)
S
示例
B(mT)
0 x(mm)
注意事项
元件易碎，引线易折，不可折碰； 毫特计调零 接线不能接错，否则会损坏霍尔元件。 工作电流不能超过5mA，励磁电流不能超过
500mA，电磁铁通电时间不能过长。 测B-x关系时，x的边缘位置不能达到时，可
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。
大学物理实验霍尔效应
大学物理实验报告姓名学号专业班级实验名称霍尔法测磁场实验日期[实验目的]1.了解产生霍尔效应的机制；2.掌握霍尔效应实验中各种副效应的产生原因及消除方法；3.学会使用霍尔效应实验装置；4.学会利用霍尔效应测量磁场的基本方法。
[实验原理]霍尔效应装置如图1和图2所示。
将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(B 的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极、上施加电流I时，薄片内定向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力F B的作用。
无论载流子是负电荷还是正电荷，F B的方向均沿着x方向，在洛伦兹力的作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片、两侧产生一个电位差,,形成一个电场E。
电场使载流子又受到一个与方向相反的电场力，其中b为薄片宽度，F E随着电荷累积而增大，当达到稳定状态时＝，即这时在、两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压称为霍尔电压，电极、称为霍尔电极。
另一方面，设载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度I与u的关系为：可得到令则称为霍尔系数，它体现了材料的霍尔效应大小。
根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。
在应用中，常以如下形式出现：(7)式中称为霍尔元件灵敏度，I称为控制电流。
只要测出霍尔电压，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子类型(n型半导体多数载流子为电子，P 型半导体多数载流子为空穴),则由的正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流子类型。
由于霍尔效应建立所需时间很短(10-12~10-14s),因此霍尔元件使用交流电或者直流电都可。
霍尔效应的副效应：1．不等位电势差当电流流过霍尔元件时，由于霍尔元件在实际制备过程中很难做到两个霍尔电极P与S位于同一个等势面上，因而无论有无磁场，P、S之间总存在一个电势差，称为不等位电势差(U。
)。
在测量霍尔电势差时，U。
总会叠加在其上。
U仅与工作电流I的方向有关，与磁场B的方向无关。
2．厄廷好森效应：厄廷好森发现半导体中载流子的速率不同，对速率大的载流子，洛伦兹力起主要作用；对速率小的载流子，霍尔电场力起主要作用。
霍尔效应测量磁场实验报告
实
验
报
告
实验名称霍尔效应测量磁场
专业班级：组别：
姓名：学号：
合作者：日期：
B
图3.4-1N型半导体
图1N型半导体
图2励磁电流与磁感应强度的B-I曲线图
轴方向磁感应强度的分布
0.0 2.0 4.0 6.08.010.015.020.0-43-65-119-189-198-198-193-188图3电磁铁间隙内B-x 曲线图
电磁铁间隙内磁感应强度的y 方向分布（500=B
I mA ，S I =10.00mA
．电磁铁中心处磁感应强度为T 15.1=B 。
图4电磁铁间隙内B-y 曲线图
H eE evB
=霍尔电压H U 的大小为
1S S
H H H I B I B
U E b R ne d d
==
=H R 称为霍尔系数，令1H H R K d ned
=
=，则H H S U K I B
=（3）结合电路图可以判断工作电流流入霍尔元件的方向，通过判断螺线管的绕行方向和励磁电流的流向可以判断电磁铁中的磁感应强度方向，最后结合霍尔电压表头上读数的正负可判断半导体的类型。
（4）若霍尔元件与磁场方向不垂直，则测量出的磁感应强度值减小。
若稍微转动霍尔元件在磁场中的方向，若霍尔电压值变小，则说明霍尔元件表面与磁场方向垂直。
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
实验 --利用霍尔效应测量磁场
实验 --利用霍尔效应测量磁场大学物理实验预报告姓名。
实验班号。
实验号。
实验十三利用霍尔效应测量磁场实验目的：本实验旨在通过利用霍尔效应测量磁场，掌握测量磁场的方法和技巧，加深对霍尔效应原理的理解。
实验原理及仪器介绍：测量磁场需要测出的物理量包括磁场强度、霍尔电压、电流等。
计算磁场强度的公式为B=μI/2πr，其中μ为真空磁导率，I为电流，r为磁场中心到导线的距离。
在实验中，除了霍尔电压外，还会受到其他因素引起的附加电压的干扰，如热电效应、接触电阻等。
这些影响因素可以分为内部因素和外部因素。
消除这些影响因素的方法包括使用差动放大器、保持电路稳定等。
螺线管内外磁场测定装置上的换向开关可以改变励磁电流的方向，从而改变磁场的方向。
具体工作原理为，当开关切换时，电路中会产生瞬时电流，从而改变磁场的方向。
实验内容：在实验中使用霍尔元件时需注意以下事项：首先，霍尔效应专用电源、螺线管内外磁场测定装置和霍尔元件之间的励磁电流、工作电流、霍尔电压必须一一对应，否则将会产生误差。
其次，在连接电路前和实验结束后，应对励磁电流、工作电流调节旋钮进行调整，以保证实验的准确性。
测量螺线管内部磁场分布时，应从螺线管中部开始测量，并通过调整霍尔片的位置确定其处于螺线管正中间。
此外，由于流经螺线管的励磁电流很大，会使螺线管发热，从而影响霍尔元件的灵敏度，因此在实验时需采取相应措施克服这一影响。
当霍尔元件将要移出螺线管时，霍尔效应专用电源显示的电压可能会发生变化，这是由于霍尔电压的方向与磁场方向的变化导致的。
在实验中应当注意观察这一现象，并分析其原因。
北京大学物理实验报告：霍尔效应测量磁场(pdf版)
霍尔效应测量磁场【实验目的】(1) 了解霍尔效应的基本原理(2) 学习用霍尔效应测量磁场【仪器用具】仪器名参数电阻箱∅霍尔元件∅导线∅SXG-1B毫特斯拉仪±(1% +0.2mT) PF66B型数字多用表200 mV档±(0.03%+2)DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V 0~2A Fluke 15B数字万用表电流档±(1.5%+3)Victor VC9806+数字万用表200 mA档±(0.5%+4)【实验原理】(1)霍尔效应法测量磁场原理若将通有电流的导体至于磁场B之中，磁场B(沿着z轴)垂直于电流I S(沿着x轴)的方向，如图1所示则在导体中垂直于B和I S方向将出现一个横向电位差U H，这个现象称之为霍尔效应。
图 1 霍尔效应示意图若在x方向通以电流I S，在z方向加磁场B，则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F E洛伦兹力F B相等时：q(v×B)=qE此时电荷在样品中不再偏转，霍尔电势差就有这个电场建立起来。
N型样品和P型样品中建立起的电场相反，如图1所示，所以霍尔电势差有不同的符号，由此可以判断霍尔元件的导电类型。
设P型样品的载流子浓度为p，宽度为w，厚度为的d。
通过样品电流I S=pqvwd，则空穴速率v=I S/pqwd，有U H=Ew=I H Bpqwd=R HI H Bd=K H I H B其中R H=1/pq称为霍尔系数，K H=R H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。
(2)霍尔元件的副效应及其消除方法在实际测量过程中，会伴随一些热磁副效应，这些热磁效应有：埃廷斯豪森效应：由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势U E能斯特效应：热流通过霍尔片在其端会产生电动势U N里吉—勒迪克效应：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U R除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0为了消除副效应，在操作时我们需要分别改变IH和B的方向，记录4组电势差的数据当I H正向，B正向时：U1=U H+U0+U E+U N+U R当I H负向，B正向时：U2=−U H−U0−U E+U N+U R当I H负向，B负向时：U3=U H−U0+U E−U N−U R当I H正向，B负向时：U4=−U H+U0−U E−U N−U R取平均值有14(U1−U2+U3−U4)=U H+U E≈U H(3)测量电路图 2 霍尔效应测量磁场电路图霍尔效应的实验电路图如图所示。
霍尔效应法测量磁场
3、实验方法可以根据实验原理线圈个数和线 圈之间的间隔距离，再根据设计参数在半 径为R的非金属圆管绕制对应线圈，然后 想办法固定在霍耳效应仪上，用霍耳效应 法测量磁场的方法，测量新制线圈轴线上 的磁场分布。
4、实验思考，如何计算线圈内任一点的磁场 强度，均匀性如何？实验如何验证？
实验基本要求
1、线圈半径R不变（以霍耳效应仪中姆霍兹线 圈相同），总线圈长度尽可能短不大于3R， 均匀磁场的宽度大于1.2R（磁场变化控制在 2.0%以内），线圈个数大于2个。
2、给出理论计算模型及计算结果（包括图表 和曲线）；
3、设计改良型姆霍兹线圈，并安装在霍耳效 应仪
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AHEAD（Advanced Hit Efficiency And Destruction）弹实物图
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建议研究内容
1、根据单个线圈轴线上的磁感应强度B的计算公式：
B 0 R2NI 2 (R2 x2 )32
4、通过实验，给出测量数据（包括图表和曲 线），并对测量结果分析；
5、总结本实验研究结论，有何特点或创新点， 如果理论结果和实验结果不吻合，说明理由；
6、完成一篇符合规范要求的实验研究论文或 实验研究报告 。
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提示
1、理论研究中根据单个线圈轴线上的磁感应 强度B的计算公式和磁场叠加原理，建议采 用工程计算及数据分析软件MATLAB软件 工具进行仿真，得到线圈个数、每个线圈 的匝数、各线圈的排序及各线圈间的相对 距离（总长不能超过3R）。
UH
1 4
U1
U2
U3
U4 UH
霍尔效应法测磁场实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除霍尔效应法测磁场实验报告篇一：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Vh?Is和Vh?Im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Vh?VA?Vb。
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Fm??ev?bF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ex，则电子又受到一个静电力作用，其大小为Fe?eex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，ex?bV两个侧面的电位差Vh?exb由I?nevbd及以上两式得Vh?[1/(ned)]Ib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。
令霍尔器件灵敏度系数则Vh?IsVh?KhIb若常数Kh已知，并测定了霍尔电动势Vh和电流I就可由上式求出磁感应强度b的大小。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
霍尔效应原理
霍尔元件
霍尔效应
霍尔元件工作原理
霍尔元件由半导体材料制成，当电流通过霍尔元件时，由于霍尔效应，会在元件的两端产生电势差，这个电势差与通过的电流和磁感应强度有关。
通过测量这个电势差，可以计算出磁场和电流的强度。
磁场测量原理
磁场测量
进行测量
实验操作流程
在实验过程中，及时记录测量数据，确保数据的准确性和完整性。
数据记录
对记录的数据进行整理、计算和分析，得出实验结果。
数据处理
根据实验结果，分析误差来源，提出改进措施。
结果分析
数据记录与处理
04
CHAPTER
实验结果分析
数据整理
将实验过程中测得的所有数据整理成表格，包括测量点、磁场强度、霍尔电压等。
数据处理能力
学会了利用数据采集系统获取并处理实验数据，通过图表等形式呈现结果。
误差分析
对实验中产生的误差进行了分析，理解了误差来源及对结果的影响。
实验总结
操作不熟练
由于对实验设备操作不熟悉，导致测量时间过长。解决方案：提前预习实验内容，熟悉实验设备操作流程。
设备故障
在实验过程中，发现数据采集系统突然停止工作。解决方案：重新启动设备，检查连接线是否松动，确保电源正常。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
目录
实验目的 实验原理 实验步骤 实验结果分析 实验总结与展望
01
CHAPTER
实验目的
了解霍尔元件的工作原理和特性。
掌握使用霍尔元件测量磁场的方法和步骤。
学会处理实验数据和误差分析。
掌握霍尔元件测量磁场的方法
了解霍尔效应的原理
实验十五霍尔效应实验十五霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流
实验十五 霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。
从本质上讲，霍尔效应是电流的一种磁效应。
1879年，美国霍普金斯大学24岁的研究生霍耳在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了这一电磁现象——霍尔效应。
随后人们在半导体、导电流体中也发现了霍耳效应，且半导体的霍耳效应比金属强得多。
霍耳效应发现约100年后，1980年由德国科学家克利青等人又发现了整数量子霍耳效应 (IQHE)，并于1985年获得了诺贝尔物理学奖。
1982年，崔琦、施特默和劳夫林又发现了分数量子霍耳效应(FQHE)，获得了1998年诺贝尔物理学奖。
随着科学技术的发展，霍耳效应已在测量、自动控制、计算机和信息技术等方面得到了广泛的应用，主要用途有以下几个方面：（1）测量磁场；（2）测量直流或交流电路中的电流强度和功率；（3）转换信号，如把直流电流转换成交流电流并对它进行调制，放大直流和交流信号；（4）对各种物理量（可转换成电信号的物理量）进行四则运算和乘方开方运算。
由霍耳效应制成的霍耳元件具有结构简单而牢靠、使用方便、成本低廉等优点，在生产和科研实际中得到越来越普遍的应用。
【实验目的】1．了解霍尔效应的原理；2．掌握霍尔电压的测量方法，学会用霍尔器件测量磁场； 3．测量霍尔器件的输出特性。
【实验仪器】DH4512系列霍尔效应实验仪 【实验原理】一、霍尔效应的基本原理与应用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的聚积，从而形成附加的横向电场。
对于（图15-1）所示的半导体试样，若在X 方向通以电流I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样A 、A '电极两侧就开始聚积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，当载流子所受的横向电场力H eE与洛仑兹力eVB 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有：H eE eVB =（15-1）其中,H E为霍尔电场，V 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
大学测磁场实验报告
一、实验目的1. 理解磁场的基本概念及其在物理现象中的应用。
2. 掌握使用霍尔效应原理测量磁场的原理和方法。
3. 学习使用实验仪器进行磁场测量，并分析测量结果。
二、实验原理磁场是描述磁力作用的一种物理量，其大小和方向可以通过多种方法进行测量。
本实验采用霍尔效应原理进行磁场测量。
霍尔效应是指当电流垂直于磁场方向通过导体时，会在导体的垂直方向上产生电压差的现象。
通过测量这个电压差，可以计算出磁场的强度。
三、实验仪器1. 霍尔效应传感器2. 直流稳流电源3. 电流表4. 毫伏电压表5. 载流线圈6. 磁场发生器7. 磁场分布测量仪四、实验步骤1. 将霍尔效应传感器放置在磁场发生器产生的磁场中。
2. 通过直流稳流电源向载流线圈供电，使电流通过线圈。
3. 调节磁场发生器的磁场强度，记录不同磁场强度下的霍尔电压。
4. 使用磁场分布测量仪测量不同位置的磁场强度，并与霍尔效应传感器测得的磁场强度进行比较。
五、实验结果与分析1. 霍尔电压与磁场强度的关系根据霍尔效应原理，霍尔电压UH与磁场强度B、电流I、霍尔系数RH以及霍尔片的厚度d成正比，与霍尔片的宽度b成反比，即：UH = RH I B d / b实验中，我们通过调节磁场发生器的磁场强度，记录不同磁场强度下的霍尔电压。
通过测量结果，我们可以验证上述公式，并计算出霍尔系数RH。
2. 磁场分布测量使用磁场分布测量仪测量不同位置的磁场强度，并与霍尔效应传感器测得的磁场强度进行比较。
通过比较，我们可以分析两种测量方法的结果差异，并探讨其原因。
六、实验总结1. 本实验通过霍尔效应原理测量磁场，验证了霍尔电压与磁场强度之间的关系，并计算出了霍尔系数。
2. 通过比较霍尔效应传感器和磁场分布测量仪的测量结果，我们可以分析两种测量方法的特点和适用范围。
3. 本实验加深了我们对磁场概念的理解，并提高了使用实验仪器进行磁场测量的能力。
七、注意事项1. 在进行实验时，要注意安全，避免触电和电火花伤人。
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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
霍尔元件中的附加效应：
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
−I（负侧）
−I（负侧） I（正侧）
B（正侧）
−B（负侧） −B（负侧）
U2（负侧）=−UH−U0−UE+UN+UNE=−
U3（正侧）=UH−U0+UE−UN−UNE= U4（负侧）=−UH+U0−UE−UN−UNE=− UH=(U1-U2+U3-U4)/4=
霍尔元件灵敏度KH=
把工作电流IS、霍尔元件灵敏度KH及霍尔电压UH代入 U B H IS KH 计算磁感应强度B的大小
霍斯特·施特默
崔琦
共同获得1998年的诺贝尔物理学奖 （分数霍尔效应）
实验目的
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
实验仪器
UJ31型低电 势电位差计 毫 安 表
检 流 计 饱 和 电 池 电位差 计电源 滑 动 变 阻 器 电 源
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