大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应用设计PPT
大学物理实验报告霍尔效应
大学物理实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄片平面），当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电场，这种现象称为霍尔效应。
2、霍尔电压产生的横向电场导致薄片两侧出现电势差，这个电势差称为霍尔电压＄U_H$ 。
霍尔电压的大小与通过薄片的电流＄I$、磁场的磁感应强度＄B$ 以及薄片的厚度＄d$ 等因素有关，其关系式为：＄U_H ＝＼frac{R_H IB}｛d}＄其中，＄R_H$ 称为霍尔系数，它与半导体材料的性质有关。
3、磁场的测量若已知霍尔系数＄R_H$ 、通过的电流＄I$ 以及霍尔电压＄U_H$ ，则可以计算出磁感应强度＄B$ ：＄B ＝＼frac{d U_H}｛R_H I}＄三、实验仪器霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。
四、实验内容与步骤1、仪器连接将霍尔效应实验仪的各部分按照说明书正确连接，确保线路接触良好。
2、调节参数（1）调节励磁电流，使磁场达到一定强度。
（2）调节工作电流，使其在合适的范围内。
3、测量霍尔电压（1）保持励磁电流不变，改变工作电流，测量不同工作电流下的霍尔电压。
（2）保持工作电流不变，改变励磁电流，测量不同励磁电流下的霍尔电压。
4、数据记录将测量得到的电流、霍尔电压等数据准确记录在表格中。
五、实验数据记录与处理1、数据记录表格｜工作电流 I （mA) ｜励磁电流 IM （A) ｜霍尔电压 UH （mV) ｜｜｜｜｜｜ 100 ｜ 050 ｜ 250 ｜｜ 150 ｜ 050 ｜ 375 ｜｜ 200 ｜ 050 ｜ 500 ｜｜ 250 ｜ 050 ｜ 625 ｜｜ 100 ｜ 100 ｜ 500 ｜｜ 100 ｜ 150 ｜ 750 ｜｜ 100 ｜ 200 ｜ 1000 ｜2、数据处理（1）根据实验数据，绘制霍尔电压＄U_H$ 与工作电流＄I$ 的关系曲线，分析其线性关系。
《霍尔效应实验》课件
电源
磁铁
测量尺
导线 记录本
搭建实验装置
01
将霍尔效应测试仪放置 在平稳的工作台上，确 保测试仪固定。
02
使用导线将电源与霍尔 效应测试仪连接，确保 电源正负极正确连接。
03
将磁铁放置在测试仪的 适当位置，以便产生稳 定的磁场。
04
调整测试仪的灵敏度， 确保测量结果准确。
开始实验并记录数据
打开电源，观察霍尔 效应测试仪的读数， 记录初始数据。
《霍尔效应实验》ppt课件
目 录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 结果分析 • 实验总结与展望
01
实验目的
掌握霍尔效应原理
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过导体时，在 导体垂直于磁场和电流方向的两个端 面之间会出现电势差，这一现象便是 霍尔效应。
霍尔系数与载流子类型
霍尔常数与载流子浓度
大小。
测量误差与精度
了解影响测量误差和精度的因素 ，如温度、电流稳定性等。
了解霍尔效应在日常生活中的应用
01
02
03
磁场测量
利用霍尔效应可以测量磁 场的大小和方向，广泛应 用于地球磁场测量、磁力 探矿等领域。
位置传感器
利用霍尔元件可以制作出 各种位置传感器，如接近 开关、转速传感器等。
电子罗盘
基于霍尔效应的电子罗盘 可以用来指示方向，具有 体积小、精度高等优点。
了解了霍尔元件在生产和生活中的应 用。
学会了使用霍尔效应测量仪进行数据 测量和记录。
提高了自己的实验技能和数据处理能 力。
实验中存在的问题与不足
部分同学对实验原理理解不够深入，操作不够熟练。
部分同学在数据处理方面存在一定困难，需要加强练习 。
霍尔效应及其应用实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用
图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图
仪器操作注意事项
1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；
2、I S和I M接线不可颠倒，以防烧坏霍尔片；
3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处（即尽量处于中心）。
4、电压表调零
，测试仪功能选择置于“V H”，然后调节I M=0.5A,d=0.5mm
K，单位为千高斯/安(KGs/A)
表5.1 V H—I S曲线图
表5.2测绘曲线V H—I M数据记录表
/mV V2/mV V3/mV V4/mV V
Is-B，+Is-B，-Is+B，-Is
-4.52 4.53-4.80
-6.07 6.11-6.36
-7.637.64-7.92
-9.199.20-9.47
-10.7510.76-11.03
-12.3112.32-12.60
图5.2V H—I M曲线图
测量螺线管轴线上磁场分布
图5.3螺线管轴线上磁场分布
I S曲线的数据处理如下
=0.500A，K=3.94(KGS/A)
V H1=V1−V2+V3−V4
4=2.64−(−2.54)+2.55−(−2.63)
4
=2.59(mV)
5.1；
B=KI M=0.394×0.5=0.197(T)。
大学物理实验霍尔效应(课堂PPT)
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
霍尔效应及其应用ppt课件
度d的关系：
VH
RH
IB 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 U H K H IB
6
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 1.不等势电压Uo （不等势效应 ）＝Is . R
12
注意事项
1.Is, Im的正确调零； 2.Is, Im的正确组合切换； 3.读数应以小数点的正确位置； 4.采取开关切换次数最少的测法； 5.B=K .Im ,K为常数，记录在线圈上。
13
基本要求
• 数据记录 • 思考与作业
14
思考与作业
1.根据测得的UH~Im与UH~Is的关系，绘 制UH~Im与UБайду номын сангаас~Is的关系;
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。
3
预备知识
•霍尔效应 •霍尔元件中的附加效应
4
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 和电流方向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）。
5
霍尔效应
霍尔电压UH与电流I和磁感应强度B及元件的厚
大学物理实验
实验九 霍尔效应及应用
物理教研室
1
主要内容
实验简介 预备知识
设计思路 操作指南
基本要求
返回目录页 2
实验简介
霍尔效应是一种磁电效应，是美国研究生霍尔1879 年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】
大物实验报告霍尔效应【霍尔效应及其应用】霍尔效应是1879 年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。
阐述了霍尔效应的原理，霍尔元件的特点和分类以及在各个领域中的应用。
霍尔效应霍尔元件应用一、霍尔效应原理霍尔效应是1879 年美国物理学家霍尔读研究生期间在做研究载流子导体在磁场中受力作用实验时发现的。
霍尔效应是载流试样在与之垂直的磁场中由于载流子受洛仑兹力作用发生偏转而在垂直于电流和磁场方向的试样的两个端面上出现等量异号电荷而产生横向电势差UH的现象。
电势差UH称为霍尔电压，EH称为霍尔电场强度。
此时的载流子既受到洛伦兹力作用又受到与洛伦兹力方向相反的霍尔电场力作用，当载流子所受的洛伦兹力与霍尔电场力相等时，霍尔电压保持相对稳定。
二、霍尔元件的特点和分类1.霍尔元件的特点。
霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，调试方便等。
霍尔元件和永久磁体都能在很宽的温度范围（-40 C〜1 50 C）、很强的振动冲击条件下工作，且磁场不受一般介质的阻隔。
另外它的变换器组件能够和相关的信号处理电路集成到同一片硅片上，体积小，成本低，且具有较好的抗电磁干扰性能。
2.霍尔元件的分类。
按照霍尔元件的结构可分为：一维霍尔元件、二维霍尔元件和三维霍尔元件。
一维霍尔元件又被称为单轴霍尔元件，它的主要参数是灵敏度、工作温度和频率响应。
运用此类器件时，就可将与适当的小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。
二维霍尔元件的结构是二维平面，也被称为平面霍尔元件；三维霍尔元件通常被称为非平面霍尔元件。
霍尔元件按功能可分为：线形元件、开关、锁存器和专用传感器。
三、霍尔效应的应用人们在利用霍尔效应原理开发的各种霍尔元件已广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航天航空等工业部门及国防领域。
《霍尔效应及应用》课件
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
《霍尔效应及其应用》课件
学习建议
深入理解霍尔效应的原理
学习霍尔元件的应用实例
为了更好地理解和应用霍尔效应，建议学 习者深入了解洛伦兹力、载流子迁移等概 念，以及它们在霍尔效应中的作用。
通过学习霍尔元件在不同领域的应用实例 ，可以加深对霍尔效应的理解，并了解其 实际应用价值。
实验操作与数据分析
关注霍尔效应的最新研究进展
建议学习者通过实验操作来验证霍尔效应 ，并学会对实验数据进行处理和分析，以 提高实验技能和数据处理能力。
详细描述
利用霍尔效应可以制造高稳定性的磁场传感器和电流传感器，用于信息存储、通信、雷达等领域，提高信息传输 的可靠性和稳定性。
05
总结
本章重点
霍尔效应的基本原理
霍尔效应是指当电流通过某些半导体材料时，会 在垂直于电流的方向上产生一个横向的电压差， 这个现象的原理涉及到洛伦兹力、载流子迁移等 概念。
测量电流
霍尔效应还可以用来测量电流，其原理是当电流通过一个导 体时，会产生一个垂直于电流方向的磁场，这个磁场的大小 与电流的大小成正比。因此，通过测量这个磁场的大小，就 可以推算出电流的大小。
霍尔电流传感器具有测量范围广、精度高、线性度好等优点 ，因此在电力电子、电机控制、开关电源等领域有广泛应用 。
。
磁场发生器
产生恒定或可调的磁场 ，以观察霍尔电压的变
化。
测量仪表
电压表、电流表等，用 于测量霍尔电压和电流
。
实验步骤
连接电路
将电源、磁场发生器、霍尔元 件和测量仪表按照电路图正确 连接。
测量数据
使用测量仪表记录不同磁场强 度下霍尔电压和电流的数据。
准备实验器材
根据实验需求选择合适的霍尔 元件、电源、磁场发生器和测 量仪表。
大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应用设计PPT
借助实验1的数据，进行计算 使用四个数据的平均值时，通过回归法计算出k=2.0123 只使用V1、V2的平均值时，通过回归法计算出k=2.0182 只使用V1、V3的平均值时，通过回归法计算出k=2.0121 只使用V2、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0125 只使用V3、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0064
实验内容
1.测量霍耳电压与工作电流，记录数据测绘VH-IS曲线
恒定磁场，保持励磁电流IM=0.50A，调整工作电流IS,记录数据 根据数据画出VH-IS曲线，
VH-IS曲线
通过回归法可计算出k1=2.0123
2.测量霍耳电压与励磁电流IM，记录数据测绘VH-IM曲线
恒定磁场，保持工作电流IS=3..00mA，调整励磁电流IM,记录数据 根据数据画出VH-IM曲线，
【实验目的】 1．通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔 元件的基本结构； 2．学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、 迁移率等参数的实验方法和技术； 3．学会用“对称测量法”消除副效应所产生的 系统误差的实验方法。 4．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场 分布。 5. 探究能否用更少的数据完成实验
②实验使用了直流电，而且会长时间使用装置， 这样做是否会影响实验结果？ 有影响，爱廷豪森效应—热电效应引起的附加 电压VE被证明无法消除，但可通过使用交流电减 小误差，即便使用直流电，在非大电流，非强磁 场下，VH >> VE，因此VE可忽略不计 实验中本人将一空闲装置启动后单独放置了半 个小时左右，其读数变化不明显（约0.02mV），
0
非大电流，非强磁场下，VH＞＞ VE，因此VE可略而不计
三、利用霍尔效应原理测量磁场
利用霍尔效应测量磁场是霍尔效应原理的典型应用。 若已知材料的霍尔系数RH，通过测量霍尔电压VH， 即可测得磁场。其关系式是
大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应用设计PPT剖析PPT文档35页
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
大一物理实验报告 答辩 霍尔效应与应 用设计PPT剖析
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
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如果只使用两个电压的平均值 (|V1|+|V2|)/2= VH + VN + VRL + VE (|V1|+|V3|)/2= VH + VE (|V2|+|V4|)/2= VH + VE (|V3|+|V4|)/2= VH - VN - VRL + VE 由②可以知道实验时VE很小可以忽略，但是这 样做对斜率造成的影响 是否明显呢？
为了严谨，使用装置时最好每十分钟关机冷却一 分钟以上
③记录时需记录V1、V2、V3、V4并求平均值过于 麻烦，能否只用两个电压数据的平均值 完成实 验？ 在实验中发现两个电压数据的平均值不但接近 四个电压的平均值，而且与电流之间的回归方程 的斜率似乎也很接近 我们无法彻底消除误差，但我们可以减小误 差，只要可以将其减小到我们可以接受的范围， 依旧可以算作排除了误差影响，而用尽可能少的 实验操作减少误差也是实验的重点之一
0
非大电流，非强磁场下，VH＞＞ VE，因此VE可略而不计
三、利用霍尔效应原理测量磁场
利用霍尔效应测量磁场是霍尔效应原理的典型应用。 若已知材料的霍尔系数RH，通过测量霍尔电压VH， 即可测得磁场。其关系式是
四、长直通电螺线管轴线上磁感应强度
根据毕奥-萨伐尔定律，对于长度为2L,匝数为N,半径为 R的螺线管离开中心点x处的磁感应强度为
影响： 这些都会导致在霍尔效应中作用于霍尔元件的磁 场与相比理论值偏小，产生的霍尔电压VH会偏小。 偏差的大小取决于操作和实验装置的调试，可以 通过采用更精准的装置来减小误差
谢谢！
实验内容
1.测量霍耳电压与工作电流，记录数据测绘VH-IS曲线
恒定磁场，保持励磁电流IM=0.50A，调整工作电流IS,记录数据 根据数据画出VH-IS曲线，
VH-IS曲线
通过回归法可计算出k1=2.0123
2.测量霍耳电压与励磁电流IM，记录数据测绘VH-IM曲线
恒定磁场，保持工作电流IS=3..00mA，调整励磁电流IM,记录数据 根据数据画出VH-IM曲线，
②实验使用了直流电，而且会长时间使用装置， 这样做是否会影响实验结果？ 有影响，爱廷豪森效应—热电效应引起的附加 电压VE被证明无法消除，但可通过使用交流电减 小误差，即便使用直流电，在非大电流，非强磁 场下，VH >> VE，因此VE可忽略不计 实验中本人将一空闲装置启动后单独放置了半 个小时左右，其读数变化不明显（约0.02mV），
借助实验1的数据，进行计算 使用四个数据的平均值时，通过回归法计算出k=2.0123 只使用V1、V2的平均值时，通过回归法计算出k=2.0182 只使用V1、V3的平均值时，通过回归法计算出k=2.0121 只使用V2、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0125 只使用V3、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0064
实验原理
一、霍尔效应原理
VH IS
根据霍尔系数RH可进一步确定以下参数
载流子浓度
电导率
迁移率
二、实验中的副效应及其消除方法
（1）不等势电压降V0 （2）爱廷豪森效应—热电效应引起的附加电压VE （3）能斯托效应—热磁效应直接引起的附加电压VN （4）里纪—勒杜克效应—热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL
VH-IM曲线
通过回归法可计算出k2=12.0725
可得到
与仪器标注178 mV/mA·T相差不大
计算KH的不确定度 由于实验没有对同一数据进行多次测量取平均值，没有A 类不确定度，B类不确定度源于仪器的测量误差，已知仪 器的测量准确度为0.5%，取均匀分布
r
r
r
0.0005775 mV/mA·T
【实验目的】 1．通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔 元件的基本结构； 2．学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、 迁移率等参数的实验方法和技术； 3．学会用“对称测量法”消除副效应所产生的 系统误差的实验方法。 4．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场 分布。 5. 探究能否用更少的数据完成实验
斜率相差不大，但仍有差异,出于严谨，
不能只使用两个电压数据的平均值进行计算
④实验中还有哪些未考虑到的误差？会有什么影 响？如何处理这些误差？ 实验装置不可能达到绝对完美的精准。霍尔元件不 会完美地位于励磁线圈几何中心点上，也不会刚好处于 螺线管的几何轴线上，与磁场也不会完全垂直，线圈、 螺线管不可避免的会有漏磁现象，磁场分布变化也不会 处处平缓
5.通电螺线管轴向磁场分布（IM为500mA，Is为3.00mA）
）
通电螺线管轴线上磁感应强度
7 6
5
4
3
2
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
理论值
测量值
实验遇到的问题及解决的方法
①是否需要考虑地磁场？ 不需要。地磁场过于微弱（50-60μT），对实 验产生的影响完全可以忽略， 但如果周围有产生强磁场的物体，比如变压 器，输电线等，最好换更场地
霍尔效应与应用设计
当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子 发生偏转，在垂直于电流和磁场的方向会产生 一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，
这一现象就是
霍尔效应
霍尔效应的应用
在现代汽车上广泛应用的霍尔器件： ABS 系统中的速度传感器 汽车速度表和里程表 液体物理量检测器 发动机转速传感器。
量子领域的霍尔效应
3.在零磁场下（即IM=0），测量VBC（即Vσ ）。（IS取0.10， 0.20，0.30„„1.00mA）
通过回归法可计算出 k3=766.545
5
计算载流子浓度n、电导率、迁移率μ与其不确定度:
UN 、Uσ、Uμ 主要源于所给霍尔 元件尺寸的误差
4.亥姆霍兹线圈单边水平方向磁场分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）