通电螺线管磁感应强度的测定
霍尔法测量通电螺线管内的磁场分布实验讲义
用上述测量数据得到的斜率 U ，以通电螺线管中心点磁感应强度理论计算值为标准 I M
值，计算 95A 型集成霍尔传感器的灵敏度 K。
对于有限长螺线管来说，管中的磁感应强度理论计算值为 B 0
N L2 D2
IM
。95A
型集
成霍尔传感器的灵敏度 K 的定义为 K U 。由此可知，对于有限长螺线管，集成霍尔传
点，那么式(9)可写作：
B
1 2
0
N L
I
l0 x
R2 l0 x2
l0 x
R2
l0
x2
(12)
由式(12)可求得螺线管中心（ x 0 ）处的磁感应强度为：
B0 0
NI L2 D2
(13)
同样，可求得螺线管两端，如右端（ x l0 ）处的磁感应强度为：
BL
2
1 2
0
N L2 R2
当螺线管无限长时，在螺线管中心， 1=0、2 ，则磁感应强度为
B
0
N L
I
(10)
在两端，如左端， 1 0,
2
2
，仍带入式（9），求出端部的磁感应强度为
B
1 2
0
N L
I
(11)
可见无限长螺线管螺线管两端的磁感应强度值等于螺线管中心的磁感应强度值一半。
图 3 螺线管剖面示意图
若螺线管的长度有限，设长度为 L 2l0 ，直径为 D 2R ，取螺线管的中点 O 为 x 轴的原
片（图中所示为 n 型半导体，其载流子为带负电荷的 w
电子），且磁场 B 垂直作用于该半导体，则由于受到洛
伦茨力的作用，在薄片 b 侧将有负电荷积聚，使薄片
b 侧电势比 a 侧低。这种当电流垂直于外磁场方向通 过半导体时，在垂直于电流和磁场的方向，半导体薄
霍耳效应--螺线管磁场的测定
图2 霍耳元件南宁师范大学 物理与电子工程学院 LJY 整理实验十八 霍耳效应一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法；3.精确测量通电螺线管磁场分布。
二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b 之间电荷聚集形成横向电场（即霍耳电场），由此产生电势差，这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B 垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
横向电场力e f 随电荷积累增多而增大，当达到恒定状态时，电场力与洛伦兹力达到平衡，B e f f =，霍耳元件两侧电荷的积累就达到平衡，故有：LU eevB H=。
式中L 是霍耳元件长度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
图3 95A 型集成霍耳元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：KU KU B '=-=)500.2( 式中U 为集成霍耳传感器的输出电压，K 为该传感器的灵敏度，U '经用2.500V 外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV 档读数)。
三、实验仪器ICH-2新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源0—0.500A；直流稳压电源输出二档(2.4V—2.6V 和4.8V—5.2V)；四位半数字电压表(19.999V 和1999.9mV 二档)；导线若干组成。
螺线管磁场测定实验
磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其 内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的， 仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降， 呈 现明显的不均匀性。 根据上面理论计算， 长直螺线管一端的磁感应强度为内腔中部磁感应强 度的 1/2。 四三、实验内容 1．霍尔元件输出特性测量 A． 仔细阅读本实验仪使用说明书后， 按图 5-4 连接 THQDX-1 电磁学实验装置上 10mA 恒流源、直流毫伏表、1A 恒流源和实验仪之间相对应的 Is、VH 和 IM 各组连线，Is 及 IM 换 向开关投向上方， 表明 Is 及 IM 均为正值 （即 Is 沿 X 方向， B 沿 Z 方向） ， 反之为负值。 VH、 Vσ切换开关投向上方测 VH，投向下方测 Vσ。经教师检查后方可开启测试仪的电源。 注意： 图 5-3 中虚线所示的部分线路即样品各电极及线包引线与对应的双刀开关之间连线已 由制造厂家连接好。 必须强调指出：决不允许将 THQDX-1 电磁学实验装置上的“1A 恒流源”误接到实验仪的 “Is 输入”或“VH 输出” 处，否则一旦通电，霍尔元件即遭损坏！
( 1 2 1 L ) ( D )2 2 2
式中 D 为长直螺线管直径，L 为螺线管长度。 磁感应强度为最大，且等于
1
BO = μ0NI 2 M(
1 L 2 1 1+ ( L )2 ( D )2 2 2
1 1) ( L )2 ( D )2 2 2
1 L 2
=μ0NIM
（11） L D2 由于本实验仪所用的长直螺线管满足 L>>D，则近似认为 BO =μ0 NIM
实验四
螺线管磁场测定实验
霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应强度分布 置于磁场中的载流体， 如果电流方向与磁场垂直， 则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附 加的横向电场， 这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于 1879 年发现的， 后被称为霍尔效应。 随着半导体物理学的迅速发展， 霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法 之一。 通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、 载流子浓度、 载流子迁移率等主要参数。 若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系， 还可以求出半导 体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。 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，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响 应宽（高达 10GHz） 、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息 处理等方面。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 更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。 一、实验目的 1．掌握测试霍尔元件的工作特性。 2．学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。 3．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。 二、实验设备 1．QX-2 螺线管磁场实验仪 2．THQDX-1 电磁学实验装置上的 1A 恒流源、10mA 恒流源、直流毫伏表 三、实验原理 1．霍尔效应法测量磁场原理 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，即霍尔电场。对于图 5-1（a）所示的 N 型半导体 试样，若在 X 方向的电极 D、E 上通以电流 Is，在 Z 方向加磁场 B，试样中载流子（电子） 将受洛仑兹力
螺线管磁场测定
螺线管磁场测定本实验仪用集成霍耳传感器测量通电螺线管内直流电流与霍耳传感器输出电压之间关系，证明霍耳电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍耳效应的重要物理规律；用通电长直螺线管中心点磁感应强度理论计算值作为标准值来校准集成霍耳传感器的灵敏度；熟悉集成霍耳传感器的特性和应用；用该集成霍耳传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置的关系图。
从而学会用集成霍耳元件测量磁感应强度的方法。
一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。
3.精确测量通电螺线管磁场分布，二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所Array示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，图2 霍耳元件这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==)((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。
本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器，它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。
对SS95A 型集成霍耳传感器，它由三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。
其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”，“V out ”和“V -”构成“电压输出端”。
用霍尔效应测量螺线管磁场实验报告(空)
华 南 师 范 大 学学院 普通物理 实验报告 年级 专业 实验日期 2011 年 月 姓名 教师评定 实验题目 用霍尔效应测量螺线管磁场用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。
一、实验目的1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。
2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。
二、实验原理图1所示的是长直螺线管的磁力线分布，有图可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的，仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降，呈现明显的不均匀性。
根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22M DL I N B +••μ=中心 （1）理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T·m/A)，N 为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。
附加电势差的消除应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应（见附录），以致实验测得的电压并不等于真实的V H 值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。
根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除，具体的做法是Is 和B (即l M )的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A′两点之间的电压V 1、 V 2、V 2、和V 4，即+Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 绝对值的平均值，可得：44321V V V V V +++= （3） 通过对称测量法求得的V H ，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以略而不计。
螺线管磁场的测定(精)
fE
fB
I UH
b
UH (
RH ) IB K H IB d
图8-1 霍耳元件
（1）
其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应 强度，I为流过霍耳元件的电流强度，KH称为霍耳元件灵敏度。 虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，UH=0，但是实际情况用数字电 压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加 电势差，该电势差U0称为剩余电压。 随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。本实验采用SS95A 型集成霍耳传感器(结构示意图如图8-2所示)是一种高灵敏度集成霍耳传感器， 它由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。测量时输出信号大，并且
'
2
【
注 意 事 项
】
1、测量U ˊ~ I 2、测量U ˊ~ I
时，传感器位于螺线管中央(即均匀磁场中)。 时，螺线管通电电流Im应保持不变。
3、常检查Im=0时，传感器输出电压是否为2.500V。 4、用mV档读U ˊ值。当Im=0时，mV指示应该为0。
5 、实验完毕后，请逆时针地旋转仪器上的三个调节旋钮，使
【
实 验 目 的
】
1、体验霍耳传感器输出电势差与螺线管内磁 感应强度成正比的关系。 2、测量集成线性霍耳传感器的灵敏度。 3、测量螺线管内的磁感应强度，测出磁场与 位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范 围及边缘的磁感应强度。
【
实 验 原 理
】
B a V d
-
霍耳元件的作用（如右图8-1所示）：若电流 I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半 导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变， 在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，这种 现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向 上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。 霍耳效应的数学表达式为：
02螺线管磁场的测定2015
实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场姓 名学 号 班 级桌 号 教 室 基础教学楼1108 实验日期 20 年月 日 时段同组同学 指导教师一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！） 1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。
2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。
3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。
4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。
二、实验仪器FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线（4红，4黑）若干组成。
其仪器装置如图1所示。
图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置三、实验原理把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B 中，如图2所示，当沿AA ′方向（Y 轴方向）通过电流I 时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力f B 的作用而发生偏转。
从而在DD ′间产生电位差U H ，这一现象称为 。
这个电位差称为 。
由电磁理论可得：U H ＝ （1）式中，K H ＝ned1称为霍尔元件的灵敏度，n 为载流子浓度，e 为载流子电荷电量。
d 为半导体薄片厚度虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但实际中，在产生霍尔效应的同时，还伴随着几个副效应，它们分别是； ； ； 。
所以用数字电压表测时U H 并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。
本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。
对SS95A 型集成霍尔传感器，它由三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。
实验十二 霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应强度分布
实验十二霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应强度分布一、实验目的1. 掌握测试霍尔器件的工作特征。
2. 学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
3. 学习用霍尔器件测绘长值螺线管的轴向磁场分布。
二、实验原理1.霍尔效应法测量磁场原理。
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作用引起的偏转。
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磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形状附加的横向电场。
对于图12—1所示的半导体式样。
若在X 方向通以电流s I ，在Z 方向划磁场B ,则在Y 方向即式样A ,A '电极两侧就开始聚积异号电荷二产生相应的附加电场——霍尔电场》。
电场的指向取决于式样的导电类型。
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B e ν相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有H eE =B e ν(12-1)其中H E 为霍尔电场，ν是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
图12-1半导体试样设试样的宽为b 、厚度为d、载流子浓度为n ，则bd ne I s ν=(12-2)由（12-1）、（12-2）两式可得dBI R dBI ne b E V S Hs H H ====1（12-3） 即霍尔电压H V （A 、A '电极之间的电压）与B I S 乘积成正比、与试样厚度d 成反比。
比列系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映材料的霍尔效应强弱的重要参数。
霍尔器件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换原件，对已成品的霍尔器件。
其H R 和d 已知。
因此在实用上就将（12-3）式写成B I K V s H H =(12-4)其中dR K H H=称为霍尔器件的灵敏度（其值由制造厂家给出）,它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。
（12-4）式中的s I 单位取为B mA 、为H V KGS 、为 ，mV 则H K 的单位为)/(KGS mA mV ∙。
螺线管轴向磁感应强度分布的测定实验报告
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螺线管轴向磁感应强度分布的测定。
本实验旨在通过实验测量，探究螺线管轴向磁感应强度的分布规律。
螺线管是一种常见的电磁元件，其磁场特性对于许多应用至关重要。
通过本次实验，我们将深入了解螺线管在轴向方向上的磁场分布情况，为进一步的磁场应用提供基础数据和理论支持。
1. 了解螺线管轴向磁场分布的特点。
大学物理实验报告 螺线管磁场的测量
实验报告螺线管磁场的测量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。
本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。
关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。
2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。
3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。
二、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伦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。
如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流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轴负向运动。
由于洛伦兹力fL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。
磁感应强度及其测试方法
磁感应强度及其测试方法李子鹏（冶金学院，10轧07号）摘要：磁现象是最早被人类认识的物理现象之一。
磁场是广泛存在的，为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁感应这一重要因素。
磁感应强度大小的测量中磁感应强度计量属于电磁学计量的范围，是磁计量中最基本、最重要的计量。
磁感应强度的计量方法较多，实际应用时可按被计量磁场的强度大小和准确度高低来选取。
关键词: 磁场；磁感应；测量1引言磁现象体现在生活的方方面面。
不同物体间的磁感应强度也是不同的。
磁现象在人类早期就已经出现，指南针是中国古代一大发明。
磁场是广泛存在的，地球、恒星(如太阳) 、星系(如银河系)、行星、卫星，以及星际空间，都存在着磁场。
在现代科学技术和人类生活中，也处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。
甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。
为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁感应强度这一重要因素。
2 磁感应强度的定义及分布磁感应强度是描述磁场强弱和方向的基本物理量，是矢量，常用符号B表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感强度(也叫磁感应强度)来表示。
磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
已知一个磁场中的磁感应强度的分布就可以确定运动电荷、电流在磁场中所受到的作用力。
常见的关于磁感应强度的定义方式有两种：第一种是从运动电荷在磁场中所受到的洛伦兹力出发定义B；另一种是通过理想化模型电流元ld 在磁场中的受力来定义的。
2.1 利用运动电荷在磁场中的洛伦兹力定义B运动电荷(q，v)在磁场中所受力洛伦兹力记为f，其特点为：1)电荷在磁场中各点的运动方向不同，受力也不同；2)在磁场中的任一场点，当运动电荷的v 沿某个特殊方向或与之反向时，受力为0；3)当电荷的运动方向与上述2)方向垂直时，它在该场点所受到的磁场力最大，最大洛伦兹力记为f m。
螺线管磁场的测量
实验十四螺线管磁场的测量随着科学技术的发展，由高电子迁移率的半导体制成的霍耳传感器已广泛应用于磁场测量，它测量灵敏度高，体积小，易于在磁场中移动和定位，本实验用集成霍耳传感器测量通电螺线管内直流电流与霍耳传感器输出电压之间关系，证明霍耳电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直螺线管中心点磁感应强度理论计算值作为标准值来校准集成霍耳传感器的灵敏度；并介绍了集成霍耳传感器的组成和特性。
【实验目的】1. 掌握用集成霍耳元件测量磁感应强度的原理和方法。
2. 熟悉集成霍耳传感器的特性和应用。
3. 测量通电螺线管内的磁感应强度与位置刻度之间的关系，作出磁感应强度与位置的关系图。
【实验仪器】螺线管磁场测定实验仪器如图l所示，它由带有集成霍耳传感器探测棒的螺线管、直流稳流电源(0mA～500rnA)、直流稳压电源(输出两挡：4．8V～5．2V和2．4V～2．6V)、数字电压表(测量范围两挡：0V～20V和0mV～20mV)、单刀换向开关S1、双刀换向开关S2以及导线若干等组成。
图14-1 霍耳传感器螺线管磁场测定实验仪【实验原理】霍耳传感器是利用霍耳效应制成的传感器。
霍耳效应的作用如图2所示。
若电流I 流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直作用于该半导体，则电子流方向由于洛伦兹力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差，这种电势差称为霍耳U表示。
霍耳效应的数学表示式为电势差，通常用HIB K IB dR U H H H ==)( (14-1) 式中：H R 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数；B 为磁感应强度； I 为流过霍耳元件的电流；H K 称为霍耳元件灵敏度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(B=0)时，H U =0，但是实际情况用数字电图14-2霍耳效应压表测并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀、各电极不对称等引起附加电势差，该电势差0U 称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成霍耳元件不断被研制成功。
大学物理实验报告 螺线管磁场的测量
实验报告螺线管磁场的测量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。
本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。
关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。
2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。
3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。
二、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伦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。
如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流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轴负向运动。
由于洛伦兹力fL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。
用霍尔元件测螺线管轴线磁场分布-精选文档
新型螺线管磁场测定仪—电 源 mA
数字电流表
ON
数字电压表
mV
+
励磁恒流输出
2.4V~2.6V
4.8V~5.2V
+
电压输入
上海复旦天欣科教仪器有限公司
2 K2 K1 0
1
V+和V- :给霍 尔元件提供 工作电流
V_
3 2 1
集成霍耳元件
V+ VOUT
外接2.500V 补偿电压
位置读数
Vout和V- :输 出霍尔电压
调节励 磁电流
K2
2 K1 0
1
显示霍尔 元件输出 电压.
V_
集成霍耳元件
3 2 1
V+ VOUT
位置读数
集成霍尔元件
霍尔元件位置读数
双刀换向开关K2 用于改变励磁电 流的方向.
实验内容：仪器调节
二. 将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流 断开开关K2，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下. 将开关K1指向位置1，调节4.8V—5.2V电源输出电压，使 数字电压表显示的“Vout” 和“V-”间的电压为2.500V，此 时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的 电流为标准工作电流，且剩余电压恰好补偿，V0=0V. 三. 对传感器输出的2.500V电位差进行补偿 K2仍断开，保持V+和V-电压不变，把开关K1指向2，调节 2.4V—2.6V的外接补偿电压，使数字电压表在mV档的示 值为0，即用一个外接2.500V电位差对传感器输出的 2.500V电位差进行补偿，以便可直接读出V’ .
VOUT
实验内容：仪器调节
一. 需连接以下电路:
连接给螺线管提供励磁电流的电路. 连接给霍尔元件提供工作电流(IS)的电路. 连接输出霍尔电压的电路. 连接外接补偿电压(2.500V)的电路.
测量磁感强度的五种方法.
测量磁感强度的五种方法程和界 李木成磁感强度B 是物理学中的一个重要物理量。
磁感强度的测量是一个与课本知识有关的设计性实验，而现在的高考题型重点考查学生的理解能力和计算能力，随着高考的深入，磁感强度的测量必将以探索性实验、设计性实验出现在高考题中，着重考查学生的设计能力和创新能力。
为此，下面就高考中出现的以磁感强度的测量为背景而编制的试题进行分类归纳，介绍磁感强度的测量的五种方法，为即将到来的高考提供一些借鉴。
一、利用电磁感应的原理进行测量把一个很小的线圈与测量电量的冲击电流计G 串联后放在待测处，然后改变线圈的状态使线圈产生感应电流，测出感应电量Q ，就可以算出该处的磁感强度B 。
例1. 如图1所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置，把一个很小的测量线圈A 放在待测处，线圈与测量电量的冲击电流计G 串联，当用双刀双掷开关S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由表G 测出电量Q ，就可以算出线圈所在处的磁感应强度B 。
已知测量线圈共有N 匝，直径为d ，它和表G 串联电路的总电阻为R ，则被测处的磁感强度B 为多大？解析：当双刀双掷开关S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可得：E N t N B d t==⎛⎝ ⎫⎭⎪∆Φ∆∆222π 由欧姆定律得：I Q t E R==∆ 由上述二式可得：B QR Nd =22π 二、利用物体的平衡原理进行测量利用安培秤测出安培力的大小F ，然后根据安培力的公式F BLI =就可以算出磁感强度B 。
例2. 安培秤如图2所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈共有N 匝，它的下部悬在均匀磁场B 内，下边一段长为L ，它与B 垂直。
当线圈的导线中通有电流I 时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向，这时需要在一臂上加质量为m 的砝码，才能使两臂再达到平衡。
求磁感强度B 的大小。
解析：根据天平的原理很容易得出安培力F mg =12，所以F NBLI mg ==12 因此磁感强度：B mg NLI=2三、利用导电液体的附加压强进行测量通电液体在磁场中要受到安培力，安培力的作用又要在液体中产生附加压强p 。
利用Phyphox软件研究通电螺线管周围的磁感应强度
［通信作者］彭小牛（1984— ），男，湖北人，副教授，主要研究方向为光电化学材料、新能源器件以及非线性光学等。
利用Phyphox 软件研究通电螺线管周围的磁感应强度湖北大学物理学院（430062） 秦格格 韩斯佩 彭小牛 吴维宁［摘 要］利用智能手机内置的传感器和Phyphox 软件，在物理课堂中开展创新演示实验，研究通电螺线管周围的磁感应强度与哪些因素有关及其定量关系，在开阔学生眼界的同时培养学生的科学探究素养。
［关键词］Phyphox 软件；通电螺线管；磁感应强度［中图分类号］ G 633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）02-0053-03在人教版高中物理必修第三册第十三章第一节“磁场 磁感线”的微课实践教学中，笔者受到启发：要感知磁场的存在，除了可以通过观察磁铁的相互作用过程、小磁针的偏转、磁粉的分布等，还可以利用德国亚琛工业大学开发的一款免费的物理实验软件Phyphox 中的磁传感器功能。
通过Phy⁃phox 软件中的数值或图像可直观显示磁感应强度的大小和方向［1］。
在“磁场 磁感线”一节的教学中，教师应结合学生已在初中掌握相关基本概念的情况，着重加深学生对通电螺线管周围的磁场的认识，促进学生深入学习“磁感应强度”这个定量描述磁场强弱的物理量。
为了进一步研究通电螺线管周围的磁感应强度分布及其影响因素，激发学生的探究热情，培养学生的科学探究素养，笔者利用Phyphox 中的磁传感器功能进行了教学拓展［2］［3］。
一、提出猜想学生在学习了电流的磁效应之后，提出猜想：影响通电螺线管周围磁感应强度的因素可能有三个，即电流大小、线圈匝数以及线圈内部有无铁芯。
根据控制变量法将研究分成三步：改变电路中的电流大小，研究磁感应强度与电流大小的关系；改变线圈匝数，研究磁感应强度与线圈匝数的关系；控制线圈中有无铁芯，研究磁感应强度与线圈中有无铁芯的关系。
二、细化研究任务（一）设计实验电路实验原理图和装置图如图1（a ）（b ）所示。
上海交通大学物理实验报告(大一下)集成霍尔传感器的特征测量与应用
集成霍尔传感器的特征测量与应用【实验目的】1．了解霍耳效应原理和集成霍耳传感器的工作原理。
2．通过测量螺线管励磁电流与集成霍耳传感器输出电压的关系，证明霍耳电势差与磁感应强度成正比。
3．用通电螺线管中心点处磁感应强度的理论计算值校准集成霍耳传感器的灵敏度。
4．测量螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布，并与相应的理论曲线比较。
【实验原理】1、霍耳效应将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。
当薄片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直的薄片横向端面a、b间就会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应（Hall effect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压，用U H表示。
霍耳效应是由运动电荷（载流子）在磁场中受到洛伦兹力的作用引起的。
洛伦兹力使载流子发生偏转，在薄片横向端面上聚积电荷形成不断增大的横向电场（称为霍耳电场），从而使载流子又受到一个与洛伦兹力反向的电场力，直到两力相等，载流子不再发生偏转，在a、b间形成一个稳定的霍耳电场。
这时，两横向端面a、b间的霍耳电压就达到一个稳定值。
端面a、b间霍耳电压的符合与载流子电荷的正负有关。
因此，通过测量霍耳电压的正负，即可判断半导体材料的导电类型。
实验表明，在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比，即( 1)式中比例系数和分别为霍耳系数和霍耳元件的灵敏度。
用霍耳效应测量磁场是在霍耳元件的灵敏度和工作电流已知的情况下，通过测量霍耳电压，再由公式（1）求出磁感应强度。
2、集成霍耳传感器SS495A型集成霍耳传感器（线性测量范围0-67mT，灵敏度31.25V/T）由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。
测量时输出信号大，不必考虑剩余电压的影响。
工作电压Vs＝5V，在磁感应强度为零时，输出电压为。
它的输出电压U与磁感应强度B成线性关系。
该关系可用下式表示（2）式中U为集成霍耳传感器输出电压，K为该传感器的灵敏度。
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通电螺线管磁感应强度的测定
实验目的：测定通电螺线管磁感应强度
实验器材：朗威数据采集器，磁感应强度常感器，学生电源，螺线管，导线，计算机
实验步骤：
1、利用专用座架，确保磁传感器探管与螺线管轴心重合。
2、将磁传感器接入数据采集器，预热4分钟左右。
点击教材专用软件主界面上的实验条目
“磁感应强度的测定”，打开该软件。
3、点击“开始记录”，将磁传感器探管前沿置于螺线管端口外1cm处，点击“传感器调零”
4、接通6v稳压直流电源火或电池组，调节电源正负极，使磁传感器读数为正值。
5、点击“数据记录”，记录当前的磁感应强度值，软件默认此刻的距离d为“0”
6、将磁传感器探管推入螺线管，每次移动0.5cm，记录对应对应的磁感应强度得到多组数
据。
7、点击绘图，绘出给予实验数据的螺线管轴线上的磁感应强度分布图。
实验图像：
实验分析：由实验的图像我们可以发现，在将磁传感器探管推入螺线管的过程中，磁感应强度先减小后增大。
在图像的两侧位置处取得最小值，在中间位置处取得最大值。
实验误差：在实验的过程中，有的时候不能保证每一次探管向前移动的位置为0.5cm。
同时，在每一次的实验过程中，不能保证每一次探管的位置都位于螺线管的正中间处。
会给实验带来一些误差。
另一方面，器材本身的灵敏度也会对实验的测量存在一定的影响。
实验结论：通电螺线管的磁感应强度，在中间处最大，在两边处最小。