实验8霍尔效应法测量磁场A4
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。
霍尔效应法测量磁场
实验3.7 霍尔效应法测量磁场随着电子技术的不断发展，霍尔器件越来越得到广泛的应用。
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，随着实验电子技术的进展，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，已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面。
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，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年在研究载流导体载磁场中受力性质时发现的一种电磁现象，后被称为霍尔效应。
【实验目的】1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2．掌握测试霍尔元件的工作特性的方法。
3．学习用霍尔效应测量磁场的方法。
4．学习用“对称测量法”消除副效应的影响。
5．描绘霍尔元件试样的V H− I S和V H− I M曲线。
6．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布，描绘B - X曲线。
【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指运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起偏转的现象。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固定材料中时，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3-20所示的半导体试样，若在X方向通以电流I S ，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A、A' 方向电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场—霍尔电场，电场的指向取决于试样的导电类型。
图3-20 霍尔效应法测量磁场原理显然，该电场阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受到的横向电场力eE H与洛伦兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有eE H （3-44）v eB其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电场方向上的平均漂移速度。
设试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则bd v ne I S = （3-45）由式（3-44）和式（3-45）可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1（3-46） 即霍尔电压V H （A 、A ′电极之间的电压）与I S B 乘积成正比，与试样厚度d 成反比。
霍尔效应法测量磁场
14 2019/11/22
毁伤目标示意图
15 2019/11/22
AHEAD（Advanced Hit Efficiency And Destruction）弹实物图
16 2019/11/22
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
UH
1 4
U1
U2
U3
U4 UH
Ut
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仪器操作及调节
螺线管激励电流 选 1000mA；
霍尔电流
选 2.50mA；
K3改变IH 、K4改变I（B）的方向； K5线圈通电选择、K6选择L1、L2通电组合。
8 2019/11/22
实验内容
• 测量通电螺线管轴线上的磁感应强度B； • 测量左线圈L1单独通电时，其轴线上的B； • 测量右线圈L2单独通电时，其轴线上的B； • 测量亥姆霍兹线圈通电时，其轴线上的B。
2、实验原理可以进一步参考“霍耳效应法测 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？
实验辅导
同学们开始做实验！
11 2019/11/22
《创新实验》
亥姆霍兹线圈扩展应用研究
南京理工大学实验物理中心 教师王志兴
12 2019/11/22
创新实验背景
目标信息
火力
攻击目标
霍尔效应法测磁场
霍尔效应法测磁场
嘿，朋友们！今天咱来聊聊霍尔效应法测磁场这档子事儿。
你说磁场这玩意儿，看不见摸不着的，咋知道它啥样呢？这就好比那神秘的小精灵，在暗处偷偷捣鼓着啥，咱得想个办法把它给揪出来呀！霍尔效应法就是咱的秘密武器啦！
想象一下，有个小薄片，就像个勇敢的小战士，被放在磁场里。
当有电流通过它的时候，嘿，神奇的事情发生了！这个小战士就会感受到磁场的力量，然后产生一个小电压。
这就好像小战士给咱发出了信号，告诉咱磁场在这儿呢！
要做这个实验，咱可得准备些东西。
那测量的仪器就像是咱的宝贝工具，得精挑细选。
还有那连线啥的，可不能马虎，得像给小娃娃扎辫子一样仔细。
然后呢，通上电流，看着仪表上的数据跳动，就好像在听磁场给咱讲故事。
有时候数据不太稳定，别急呀，就像咱走路有时候也会绊一下，调整调整就好啦。
你说这霍尔效应法测磁场是不是很有趣？就像在和磁场玩捉迷藏，咱得通过各种线索找到它。
这过程中可能会遇到一些小麻烦，比如仪器不太听话啦，或者环境有点干扰啦，但这也是探索的乐趣所在呀！
咱就这么一点点地探索，一点点地了解磁场的秘密。
就好像拼图一样，一块一块地把磁场的模样给拼出来。
每次得到一个准确的数据，那感觉，就像找到了宝藏的一角，心里那个美呀！
这就是霍尔效应法测磁场，它让我们能深入到那个神秘的磁场世界里，去发现那些我们平时看不到的奇妙之处。
它就像一把钥匙，打开了我们了解磁场的大门。
难道你不想去试试，亲自感受一下和磁场捉迷藏的乐趣吗？别犹豫啦，赶紧行动起来吧！。
用霍尔效应测量磁场实验报告
用霍尔效应测量磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压，并计算磁场强度。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这种现象称为霍尔效应。
设导体的厚度为 d，宽度为 b，通过的电流为 I，磁场强度为 B，电子的电荷量为 e，电子的平均漂移速度为 v，则霍尔电压 VH 可以表示为：VH ＝ KHIB/d其中，KH 为霍尔元件的灵敏度。
三、实验仪器1、霍尔效应实验仪。
2、直流电源。
3、数字电压表。
4、特斯拉计。
四、实验步骤1、按照实验仪器的说明书连接好电路，确保连接正确无误。
2、打开直流电源，调节电流输出，使通过霍尔元件的电流达到一个预定的值，例如 I ＝ 500mA。
3、将特斯拉计探头放置在霍尔元件附近，测量磁场强度 B。
记录此时的磁场强度值 B1。
4、改变磁场方向，再次测量磁场强度 B，记录为 B2。
5、移动霍尔元件在磁场中的位置，测量不同位置处的霍尔电压VH。
6、改变通过霍尔元件的电流大小，重复步骤3 5，测量多组数据。
五、实验数据记录与处理｜电流 I （mA) ｜磁场强度 B1 （T) ｜磁场强度 B2 （T) ｜霍尔电压 VH1 （mV) ｜霍尔电压 VH2 （mV) ｜｜｜｜｜｜｜｜ 500 ｜ 010 ｜－010 ｜ 250 ｜－250 ｜｜ 1000 ｜ 020 ｜－020 ｜ 500 ｜－500 ｜｜ 1500 ｜ 030 ｜－030 ｜ 750 ｜－750 ｜根据实验数据，计算霍尔元件的灵敏度 KH。
以电流 I ＝ 500mA 为例：KH ＝ VH1 ／（I × B1 × d) ＝ 250 ／（500 × 010 × d)同理，可计算其他电流下的 KH 值，并取平均值。
六、实验误差分析1、系统误差实验仪器本身的精度限制，如直流电源的输出稳定性、数字电压表的测量精度等。
霍尔效应法测磁场
霍尔效应法测磁场第一篇：霍尔效应法测磁场霍尔效应法测磁场学时 3 授课时间秋季学期教案完成时间 07.11实验目的：1．了解产生霍尔效应的物理过程。
2．学会应用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
实验原理: 霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
如图所示,一块长为,宽为，厚为的矩形半导体薄片（N型，载流子是电子，带负电），沿Y方向加上一恒定工作电流，沿X方向加上恒定磁场仑兹力。
（1）式中：为运动电荷的电量；为电荷运动的速度，沿Z负方向。
在洛仑，就有洛兹力的作用下，样品中的电子偏离原流动方向而向样品下方运动，并聚积在样品下方。
随着电子向下偏移，在样品上方会多出带正电的电荷（空穴）。
这样，在样品中形成了一个上正下负的霍尔电场便有霍尔电压。
当，根据，在、面间建立起来后，它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹，其大小为。
随着电子在面继续积累，力方向相反的电场力的电场力也逐渐增大，当两力大小相等（即）时，霍尔电场对电子、间便形成的作用力与洛仑兹力相互抵消，电子的积累达到动态平衡，一个稳定的霍尔电场，则有：（2）设N型半导体的载流子浓度为(3），流过半导体样品的电流密度为（4）则式中, 为半导体薄片的宽度；（5）为半导体薄片的厚度，为载流子的电量。
将（5）式代入（3）式，并令，可得（6）式中称为霍尔系数，它是反应霍尔效应强弱的重要参量。
在实际应用中（6）式常写成（7）式中称为霍尔元件的灵敏度，单位mV/（mA·T）或mV/（mA·kGS）；为垂直于半导体薄片的磁感应强度（单和霍尔电压，为霍尔元件的工作电流（单位mA）；位T或kGS）。
若已测定，实验中测出样品的工作电流，即利用（7）式便可测得磁感应强度（8）半导体材料有N型（电子型）和P型（空穴型）两种，前者载流子为电子，带负电；后者载流子为空穴，带正电。
由原理图可以看出，若载流子为N型，则、点电位高于点，；若载流子为P型，则点电位低于点。
使用霍尔效应测量磁场强度的技巧
使用霍尔效应测量磁场强度的技巧磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一，它在电子设备、电动机、磁盘驱动器等各个领域中起着重要的作用。
因此，准确测量磁场强度对于科学研究和工程应用来说至关重要。
本文将介绍一种常用的方法——使用霍尔效应测量磁场强度的技巧。
霍尔效应是指当电流通过一个导体时，若将这个导体放置在磁场中，磁场将会对导体中的电荷运动产生影响，从而在导体两侧形成电势差。
这种电势差被称为霍尔电压，可以用来测量磁场的强度。
霍尔效应传感器是利用这一原理制成的一种磁场测量器件。
首先，我们需要准备一块霍尔效应传感器。
这种传感器通常由半导体材料制成，具有高灵敏度和快速响应的特点。
在实际测量中，我们可以将霍尔效应传感器放置在待测磁场中，然后通过连接电路将其与电压表相连。
当磁场作用于传感器时，电路中将会产生一个霍尔电压，通过测量这个电压值，我们就可以间接得知磁场的强度。
然而，要想准确测量磁场强度，我们需要注意一些技巧。
首先，为了保证测量的准确性，我们应该将霍尔效应传感器与磁场垂直放置。
这是因为霍尔效应的电压与磁场的方向有关，只有当传感器与磁场垂直时，才能最大程度地感受到磁场的影响，从而获得准确的测量结果。
其次，我们还需要注意传感器的位置选择。
由于磁场的分布通常是不均匀的，因此传感器的位置选择将直接影响到测量结果的准确性。
一般来说，我们应该将传感器放置在磁场最强的区域，这样可以获得更大的霍尔电压，从而提高测量的灵敏度。
同时，我们还需要注意避开可能产生干扰的电磁场源，以免影响测量结果。
此外，为了进一步提高测量的精度，我们还可以采取一些补偿措施。
例如，我们可以在测量前对传感器进行校准，根据实际情况调整零点电压和灵敏度，以消除误差。
另外，我们还可以通过使用多个传感器并将它们放置在不同位置来进行测量，然后取平均值，以减小不确定度。
综上所述，使用霍尔效应测量磁场强度是一种简单而有效的方法。
通过合理选择传感器的位置、调整校准参数以及采取补偿措施，我们可以获得准确的磁场测量结果。
霍尔效应与磁场测量实验报告
霍尔效应与磁场测量实验报告摘要本实验利用霍尔效应测量不同磁场下电流对电压的影响，得到了霍尔系数和磁场强度之间的关系，并用线性回归得出了磁场强度和电压的线性关系式。
此外，还探究了霍尔电压在不同置入方向时的变化规律，证明了霍尔电压与磁场和电流方向的夹角相关。
最后，还比较了实验数据和理论计算值的误差，证明实验结果具有较高的精度。
关键词：霍尔效应；霍尔系数；磁场强度；线性关系引言在磁场测量中，霍尔效应是一种较常用的方法。
它利用了霍尔元件在磁场作用下产生的电势差，通过简单的测量，可以得到磁场的相关参数。
霍尔效应也广泛应用于电子学、传感器和精密测量等领域。
因此，掌握霍尔效应在磁场测量中的应用和实验方法是十分必要的。
实验目的1．学习霍尔效应的基本原理和相关概念。
2．通过实验掌握利用霍尔效应测量磁场的方法。
3．研究霍尔系数与磁场强度之间的关系，并得出线性关系式。
4．研究霍尔电压在不同方向输入时的变化规律。
实验原理霍尔效应是指，当一块导电材料被竖直放置于磁场中，并在该材料的一个面（称为霍尔面）上通电流时，垂直于霍尔面方向的电势差被感应。
这个电势差被称为霍尔电压VH，它的大小与电流I、磁场B以及材料本身的性质有关。
其中，材料本身的属性用霍尔系数RH表示，RH是一个常量，它与材料类型、温度和其它因素有关，一般在室温下只与材料本身的物理结构相关。
因此，VH和B之间的关系可以用下列公式表示：VH= RH×B×I当B、I固定时，VH与RH成正比，而RH被称为霍尔系数。
霍尔系数是一重要物理参数，它的大小决定了霍尔电压的灵敏度和分辨率。
实验装置霍尔效应实验仪、数字万用表、磁铁、直流电源。
实验步骤1.首先，将试样（霍尔元件）平放在实验仪器的省略图所示的导轨上，并用望远镜对试样进行调节，使其保持水平态度。
同时，用数字万用表测量试样上的电阻值。
2.然后，在铁环上放置一个直径约为10 cm的磁铁，使其置于试样正下方10 cm左右的位置。
实验8 霍尔元件测磁场
实验8霍尔元件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。
金属材料的霍尔效应太弱而未得到实际应用。
随着半导体材料和制造工艺的发展，人们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使用和发展，广泛用于非电量检测、电动控制、电磁测量和计算装置方面。
近年来霍尔效应实验不断有新的发现，在低温和强磁场条件下的量子霍尔效应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，并已取得了重要应用。
【实验目的】（1）了解霍尔效应原理。
（2）学习利用霍尔效应测量霍尔元件有关参数。
（3）学习用“对称交换测量法”消除附加效应的影响。
（4）学习用霍尔元件测磁场的基本方法。
【实验仪器】霍尔效应实验仪，霍尔效应测试仪【原理】1．霍尔效应1879年，当时为美国普多金斯大学研究生院二年级学生的霍尔，在研究载流导体在磁场中受力性质时发现：当一电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于电流和磁场的方向导体的两侧会产生一电位差，如图4-8-1所示。
将这种实验现象称做霍尔效应，所产生的电位差称霍尔电压，产生霍尔效应的载流导体、半导体、离子晶体称霍尔元件。
霍尔电压的成因可用电子论解释：导体中若沿X方向通以电流，电流密度为J，则有沿负X方向运动的电子，设速度为v,此电子f的作用，将受Z方向的磁场B的洛伦兹力B从而在导体A侧积累了电子，这样就形成了E，即形成了霍尔电压沿负Y方向的电场HU。
H2．测磁场原理如果导体中电流I是稳定而均匀的，则电流密度J的大小为I J Ld=式中，L 为矩形导体的宽；d 为其厚度；Ld 为导体垂直于电流方向的截面积。
如果在导体所在的范围内，磁场B 也是均匀的，则霍尔电场也是均匀的，大小为HH U E L=（4-8-1） 霍尔电场的建立使电子受到一电场力E f ,方向与洛伦兹力相反，并随着电荷积累的增加，霍尔电场的电场力也增大。
当达到一定程度时，电场力E f 与洛伦兹力B f 大小相等，电荷积累达到动态平衡，形成稳定的霍尔电压，同时电流I 恢复到原来的稳定值，达到动态平衡时有H e v B e E = (4-8-2） 将式（4-8-1）代入得H U v B L = （4-8-3） 在此式中，H U 、L 容易测，但电子运动速度v 难用简单的方法测量，而电流I 是容易测量的，为此将v 变成与I 有关的参数。
用霍尔效应测量磁场实验报告
用霍尔效应测量磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、学会使用霍尔效应测量磁场的方法。
3、掌握霍尔电压的测量和数据处理。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这种现象称为霍尔效应。
假设导体中的载流子是自由电子，它们在电场 E 和磁场 B 的作用下会受到洛伦兹力 F ＝ e(v×B)，其中 e 为电子电荷量，v 为电子的平均定向移动速度。
当电子受到的洛伦兹力与电场力平衡时，即 e(v×B) ＝ eE，可得 E ＝ v×B。
此时在垂直于电流和磁场的方向上会产生霍尔电场 EH，霍尔电场对电子的作用力与洛伦兹力方向相反。
当霍尔电场对电子的作用力与洛伦兹力相等时，达到稳定状态，此时霍尔电压 VH ＝ EH·b，其中 b为导体在磁场方向上的宽度。
根据霍尔效应的公式：VH ＝ KH·I·B，其中 KH 为霍尔元件的灵敏度，I 为通过霍尔元件的电流，B 为磁场强度。
三、实验仪器1、霍尔效应实验仪，包括霍尔元件、励磁电流源、工作电流源、数字电压表等。
2、特斯拉计，用于测量磁场强度。
四、实验步骤1、连接实验仪器，将霍尔元件插入实验仪的插槽中，确保连接牢固。
2、调节励磁电流源，使磁场强度逐渐增加，同时记录对应的霍尔电压。
3、改变工作电流的方向，重复步骤 2，测量并记录数据。
4、用特斯拉计测量磁场强度，与通过霍尔效应测量得到的结果进行对比。
五、实验数据记录与处理｜励磁电流（A）｜工作电流（mA）｜霍尔电压（mV）｜磁场强度（T）｜｜｜｜｜｜｜05|10|25|01|｜05|20|50|01|｜10|10|50|02|｜10|20|100|02|根据实验数据，绘制霍尔电压与励磁电流、工作电流的关系曲线，并通过线性拟合求出霍尔元件的灵敏度 KH。
六、实验结果分析1、从实验数据可以看出，霍尔电压与励磁电流和工作电流都成正比关系，符合霍尔效应的基本原理。
霍尔效应测量磁场实验报告
霍尔效应测量磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪进行测量和数据处理。
二、实验原理1、霍尔效应当电流 I 沿垂直于磁场 B 的方向通过半导体薄片时，在薄片的垂直于电流和磁场的两侧面之间会产生一个横向电势差 UH，这个现象称为霍尔效应。
UH 称为霍尔电势差。
霍尔电势差的产生是由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用。
设半导体薄片中的载流子（假设为电子）的电荷量为 q，平均定向移动速度为 v，薄片的宽度为 b，厚度为 d，则电子受到的洛伦兹力为：F ＝ qvB在洛伦兹力的作用下，电子向一侧偏转，从而在薄片的两侧面之间形成了一个电场E，当电场力与洛伦兹力达到平衡时，电子不再偏转，此时有：qE ＝ qvBE ＝ vB电场强度 E 与电势差 UH 的关系为：E ＝ UH ／ b所以霍尔电势差为：UH ＝ IB ／ nqd其中，n 为载流子浓度。
2、霍尔系数和灵敏度霍尔系数 RH ＝ 1 ／ nq，它反映了材料的霍尔效应特性。
霍尔元件的灵敏度 KH ＝ RH ／ d，表示单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势差。
三、实验仪器霍尔效应实验仪、特斯拉计、直流电源、毫安表、伏特表等。
四、实验内容及步骤1、仪器连接按照实验仪器说明书，将霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表等正确连接。
2、调节磁场打开特斯拉计，调节磁场强度到一定值，并记录下来。
3、测量霍尔电势差（1）保持磁场强度不变，改变电流 I 的大小，测量不同电流下的霍尔电势差 UH，并记录数据。
（2）保持电流 I 不变，改变磁场强度 B 的大小，测量不同磁场强度下的霍尔电势差 UH，并记录数据。
4、数据处理（1）根据测量数据，绘制 UH I 曲线和 UH B 曲线。
（2）通过曲线斜率计算霍尔系数 RH 和灵敏度 KH。
五、实验数据记录与处理1、数据记录｜电流 I （mA) ｜霍尔电势差 UH （mV) ｜磁场强度 B （T) ｜霍尔电势差 UH （mV) ｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 100 ｜ 500 ｜ 010 ｜ 550 ｜｜ 200 ｜ 1000 ｜ 020 ｜ 1100 ｜｜ 300 ｜ 1500 ｜ 030 ｜ 1650 ｜｜ 400 ｜ 2000 ｜ 040 ｜ 2200 ｜｜ 500 ｜ 2500 ｜ 050 ｜ 2750 ｜2、绘制曲线以电流 I 为横坐标，霍尔电势差 UH 为纵坐标，绘制 UH I 曲线。
霍尔效应与磁场测量实验报告
霍尔效应与磁场测量实验报告霍尔效应与磁场测量实验报告
霍尔效应是一种被广泛使用的物理现象，它通过测量电流电压之间的关系来计算磁场的强度。
本报告的目的是通过实验来计算用铁磁体产生的磁场的强度，最后通过实验结果验证霍尔效应的有效性。
实验步骤：首先准备好所需的实验仪器，包括铁磁体、变压器、导线和AC电压表。
使用铁磁体将2个导线搭接，并在两端形成一个铁氧体磁场。
然后给变压器输入AC电压，测量导线的交流电压大小。
最后，根据物理公式计算磁场的强度。
实验结果：从实验室结果来看，在输入AC电压为120V时，测得的导线两端的电压分别为2V和3V。
根据霍尔效应，磁场的强度可以计算为0.5A/m。
重复实验结果：为了确认实验结果的准确性，重复了试验，得到的实验结果基本一致，磁场强度也基本保持在0.5A/m左右。
结论：从实验结果来看，霍尔效应能有效地测量由铁氧体产生的磁场强度，结果基本一致，可靠性较高。
实验八 用霍尔效应法测量磁场
UH
=
1 4
(U1
−U2
+U3
−U4 )
可见，必须通过四种工作状态的换向，各种副效应产生的附加电压基本消除。
（8-5）
C
AB
D
A 工作电流 B C 霍尔电压 D
励磁电流
K2
K3
K1
mA
K
E2
mV
200mV
K mA
E1
图 8-5 实验接线示意图
实验内容及步骤
1．按图 8-5 连接好电路，将霍尔元件移动到电磁铁气隙中。电路经老师检查同意后 方可进行下列操作。
由于载流子迁移速度 V 服从统计分布规律，速度小的载流子受到的洛仑兹力小于霍尔
电场的作用力，将向霍尔电场作用力方向偏转，速度大的载流子受到洛仑兹力大于霍尔电
场作用力，将向洛仑兹力方向偏转，导致霍尔元件上下二个表面上，一个表面高速载流子
较多，相当于温度较高；另一表面低速载流子较多，相当于温度较低，这种上下两个表面
B=UH/（KH I ）（T）
表 8-2 研究工作电流 I 与霍尔电压 UH 的关系
励磁电流 IB =1000mA
工作 测量值（mV） 电流
(mA) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
测量条件
U1（+B，+I）
U2（+B，-I）
U3（-B，-I）
U4（-B，+I）
UH
9.0 10.0
件材料本身的不均匀，霍尔电极位置的不对称，即使不存在磁场，当 I 通过霍尔片时，C、
D 两极也会处在不同的等势面上。因此，霍尔元件存在着由于 C、D 电势不相等而产生一定
电势差 U0，该电势差称作不等位电势差，U0 的正、负随 I 的换向而变化，与 B 的换向无关。 4．霍尔电压的测量方法
实验报告NO.8用霍尔效应测量磁场
No.8
实验名称：用霍尔效应测量磁场 实验目的：
实验仪器：霍尔效应仪、稳流电源、稳压电源、安培表、数字万用表两块、电阻箱 实验原理：
霍尔效应原理如图，将通有电流的导体置于磁场B 中，磁场B 垂直与电流H I 的
方向，在导体中垂直于磁场B 方向和H I 方向上会产生一个横向电势差H U 。
霍尔电势与通过霍尔元件的电流H I 和磁场强度B 有线性关系B I K U H H H =
霍尔效应装置如图，运用此装置可测量霍尔电流H I 与霍尔电势H U 的关系，测
量励磁电流μI 和磁场强度B 的关系，测量电磁铁磁场沿水平方向的分布
实验操作步骤：
(1) 连接电路如图
(2) 改变霍尔电流H I ,测量霍尔电流H I 与霍尔电势H U 的关系 (3) 改变励磁电流μI ,测量励磁电流μI 和磁场强度B 的关系
(4) 改变霍尔片在磁场中的空间位置,测量电磁铁磁场沿水平方向的分布
实验数据记录：
（1）测量霍尔电流H I 与霍尔电势H U 的关系
（2）测量励磁电流μI 和磁场强度B 的关系
（3）测量电磁铁磁场沿水平方向的分布)/(A I H μ=? )/(mA I μ=600
数据处理：（1）测量霍尔电流H I 与霍尔电势H U 的关系
（2）测量励磁电流μI 和磁场强度B 的关系
（3）测量电磁铁磁场沿水平方向的分布
结果分析：。
霍尔效应测磁场实验报告(共7篇)
篇一：霍尔元件测磁场实验报告用霍尔元件测磁场前言：霍耳效应是德国物理学家霍耳（a.h.hall 1855—1938）于1879年在他的导师罗兰指导下发现的。
由于这种效应对一般的材料来讲很不明显，因而长期未得到实际应用。
六十年代以来，随着半导体工艺和材料的发展，这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。
利用半导体材料制成的霍耳元件，特别是测量元件，广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。
由于霍耳元件的面积可以做得很小，所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。
此外，还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。
近年来霍耳效应得到了重要发展，冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应，它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。
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耳器件，会有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对今后的工作将大有益处。
教学目的：1. 了解霍尔效应产生的机理，掌握测试霍尔器件的工作特性。
2. 掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。
3. 学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。
教学重难点： 1. 霍尔效应2. 霍尔片载流子类型判定。
实验原理如右图所示，把一长方形半导体薄片放入磁场中，其平面与磁场垂直，薄片的四个侧面分别引出两对电极（m、n和p、s），径电极m、n 通以直流电流ih，则在p、s极所在侧面产生电势差，这一现象称为霍尔效应。
这电势差叫做霍尔电势差，这样的小薄片就是霍尔片。
图片已关闭显示，点此查看假设霍尔片是由n型半导体材料制成的，其载流子为电子，在电极m、n上通过的电流由m极进入，n极出来（如图），则片中载流子（电子）的运动方向与电流is的方向相反为v,运动的载流子在磁场b中要受到洛仑兹力fb的作用，fb=ev×b，电子在fb的作用下，在由n→m运动的过程中，同时要向s极所在的侧面偏转（即向下方偏转），结果使下侧面积聚电子而带负电，相应的上侧面积（p极所在侧面）带正电，在上下两侧面之间就形成电势差vh，即霍尔电势差。
【物理课件】用霍尔效应测量磁场
【物理课件】用霍尔效应测量磁场
霍尔效应是一种基于电子的磁电效应的测量方法，它能够精确地测量磁场的强度，且
适用于不同形状的磁场。
在实际应用中，霍尔元件通常通过连接电源、电流计和电压计来
实现测量。
霍尔元件是一种由固体材料制成的半导体组件，具有特殊的电性质。
当霍尔元件处于
磁场中时，电流沿着元件的一侧进入，在另一侧出现一个霍尔电压。
这个霍尔电压与磁场
的方向和磁场强度成正比。
因此，我们可以通过测量霍尔电压来确定磁场的强度。
在实际操作中，我们需要将霍尔元件放入磁场中，并通过连接电源、电流计和电压计，来实现对霍尔电压的测量。
具体流程如下：
1. 将霍尔元件置于磁场中，并连接电源。
电源向霍尔元件提供一定的直流电流，使
得霍尔元件能够产生霍尔电压。
2. 通过电流计来测量霍尔元件流过的电流。
这个电流通常很小，为几微安。
3. 通过电压计来测量霍尔电压。
这个电压与磁场的方向和磁场强度成正比。
因此，
我们可以通过测量霍尔电压来确定磁场的强度。
4. 重复这个过程，改变霍尔元件在磁场中的位置。
从而获得不同位置的霍尔电压，
并根据不同的电压来确定不同位置的磁场强度。
需要注意的是，在实际操作中，我们需要保证霍尔元件的定位和测量精度。
还需要注
意测量结束后，将所有仪器和元件断开，以避免对下一次测量造成干扰。
综上所述，霍尔效应是一种可靠且精确的测量磁场强度的方法，可以广泛应用于物理
实验和工程应用中。
同时，我们需要注意实验过程中的细节，并严格控制误差以提高测量
精度。
用霍尔效应测量螺线管磁场
，陈史洁，化教6班实验八 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 DL 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。
霍尔效应及磁场的测定
霍尔效应及磁场的测定近年来，在科研和生产实践中，霍尔传感器被广泛应用于磁场的测量，它的测量灵敏度高，体积小，易于在磁场中移动和定位。
本实验利用霍尔传感器测量通电螺线管内直流电流与霍尔传感器输出电压之间的关系，证明霍尔电势差与螺线管内的磁感应强度成正比，从而掌握霍尔效应的物理规律；用通电螺线管中心点磁场强度的理论计算值作为标准值来校准霍尔元件的灵敏度；用霍尔元件测螺线管内部的磁场沿轴线的分布。
【实验目的与要求】1.了解霍尔传感器的工作原理，学习测定霍尔传感器灵敏度的方法；2.掌握用霍尔传感器测量螺线管内磁感应强度沿轴线方向的分布。
【实验原理】 一、霍尔效应图8-1 霍尔效应原理图把矩形的金属或半导体薄片放在磁感应强度为B 的磁场中，薄片平面垂直于磁场方向。
如图8-1所示，在横向方向通以电流I ，那么就会在纵向方向的两端面间出现电位差，这种现象称为霍尔效应，两端的电压差称为霍尔电压，其正负性取决于载流子的类型。
(图8-1载流子为带负电的电子，是N 型半导体或金属)，这一金属或半导体薄片称为霍尔元件。
假设霍尔元件由N 型半导体制成，当霍尔元件上通有电流时，自由电子运动的方向与电流I 的流向相反的。
由于洛伦兹力Bv e F m⨯-=的作用，电子向一侧偏转，在半导体薄片的横向两端面间形成电场，称为霍尔电场H E ，对应的电势差称为霍尔电压U H 。
电子在霍尔电场H E 中所受的电场力为HHEe F -=，当电场力与磁场力达到平衡时，有()()0=⨯-+-B v e E e HBv E H ⨯-=若只考虑大小，不考虑方向有 E H =vB 因此霍尔电压U H =wE H =wvB (1)根据经典电子理论，霍尔元件上的电流I 与载流子运动的速度v 之间的关系为 I=nevwd (2)式中n 为单位体积中的自由电子数，w 为霍尔元件纵向宽度，d 为霍尔元件的厚度。
由式(1)和式(2)可得IB K IB d R end IBUH H H=⎪⎭⎫⎝⎛==(3)即IK UB H H=(4)式中enR H1=是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数，而K H 称为霍尔元件的灵敏度。
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实验八霍尔效应法测量磁场【实验目的】1•了解霍尔器件的工作特性。
2 •掌握霍尔器件测量磁场的工作原理。
3 •用霍尔器件测量长直螺线管的磁场分布。
4. 考查一对共轴线圈的磁耦合度。
【实验仪器】长直螺线管、亥姆霍兹线圈、霍尔效应测磁仪、霍尔传感器等。
【实验原理】1 •霍尔器件测量磁场的原理图1霍尔效应原理如图1所示，有—N 型半导体材料制成的霍尔传感器，长为 L ,宽为b ,厚为d ，其四个侧面各焊有一个电极1、2、3、4。
将其放在如图所示的垂直磁场中，沿 3、4两个侧面通以电流I ，则电子将沿负I 方向以速T -> 4度运动，此电子将受到垂直方向磁场B 的洛仑兹力F m =ev e B 作用，造成电子在半导体薄片的1测积累过量的负电荷，2侧积累过量的正电荷。
因此在薄片中产生了由 2侧指向1侧的电场E H ,该电场对电子稳定的电压U H ，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压叫霍尔电压 U H , 1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。
如果半导体中电流I 是稳定而均匀的，可以推导出U H 讥式中，R H 为霍耳系数，通常定义 K H = R H /d ,与B 有一一对应关系。
n-----------------------------------------------7XXX XXXb x X 仝F m X X34XXX ；XHX H|XXXXXXX/U H的作用力F H-ev e B 反向，当两种力相平衡时，便出现稳定状态,1、2两侧面将建立起由R H 和K H 的定义可知，对于一给定的霍耳传感器,R H 和K H 有唯一确定的值,在电流I 不变的情况下,U H 满足: K H 称为灵敏度。
2 •误差分析及改进措施由于系统误差中影响最大的是不等势电势差，下面介绍一种方法可直接消除不等势电势差的影响，不用多次改变B、I方向。
如图2所示，将图2中电极2引线处焊上两个电极引线5、6,U H 并在5、6间连接一可变电阻，其滑动端作为另一引出线2, 将线路完全接通后，可以调节滑动触头2，使数字电压表所测电压为零，这样就消除了1、2两引线间的不等势电势差，而且还可以测出不等势电势差的大小。
本霍尔效应测磁仪的霍尔电压测量部分就采用了这种电路，使得整个实验过程变得较为容易操作，不过实验前要首先进行霍尔输出电压的调零，以消除霍尔器件的不等位电势”。
在测量过程中，如果操作不当，使霍尔元件与螺线管磁场不垂直，或霍尔元件中电流与磁场不垂直，也会引入系统误差。
3 •载流长直螺线管中的磁场从电磁学中我们知道，螺线管是绕在圆柱面上的螺旋型线圈。
对于密绕的螺线管来说，可以近似地看成是一系列园线圈并排起来组成的。
如果其半径为R、总长度为L,单位长度的匝数为n,并取螺线管的轴线为x轴，其中心点0为坐标原点，贝U(1)对于无限长螺线管L > ::或L R的有限长螺线管，其轴线上的磁场是一个均匀磁场，且等于：-4B。
二％NI式中％――真空磁导率；N ――单位长度的线圈匝数；I ――线圈的励磁电流。
(2)对于半无限长螺线管的一端或有限长螺线管两端口的磁场为：1B, 0NI2即端口处磁感应强度为中部磁感应强度的一半，两者情况如图3所示。
B(0J =B(02)二R 2 2 23/2:0.677B 。
4 •亥姆霍兹线圈及其耦合度两个匝数相等、间距等于其半径，并通以同向、等值电流的共轴线圈，叫亥姆霍兹线圈，如图下面，我们来研究亥姆霍兹线圈两圆心间轴线上的磁场。
设图4中每个线圈为 N 匝，两线圈间距为a线圈轴线上距两线圈等距离的点 0为原点，轴线为x 轴，则在两线圈圆心 O i 和02之间轴上任意一点 P坐标为x ）到两线圈圆心的距离分别是ax 和 a- X12丿12丿和:23B^o NRl2"1 2 3在点0处，因3BQ" 4 2:0.716 B oR。
在01和。
2点的B 大小相等:3-2 <a 廿R 2+「—-X.I 2 丿 j J因B 1、B 2的方向相同，都在 x 轴的正方向，所以点P 的总磁场为:B 2」NR21l x 24所示。
取（其，两线圈在点产生的磁感应强度的大小分别是所以:01和02点之间其它各点的值介于 B （O 1）和B （O ）之间，可见在亥姆霍兹线圈轴线上， 0点的磁场最强，0和O i 之间的B 相对变化量不大于 6%,磁场均匀性较好。
在生产和科研中，当所需磁场不太强时，常用这 种方法来产生较均匀的磁场。
从以上叙述来看，当两共轴线圈之间的间距等于线圈的半径时，将构成亥姆霍兹线圈，从而可以得到场强 不太强的均匀磁场，但当这一对共轴线圈的间距不等于半径时，其轴线上的磁场分布将随着距离的改变而 改变，可呈现出如图 5的a 、b 、c 所示的欠耦合、耦合，过耦合状态，两线圈的磁场耦合度可以通过霍尔 器件来测量。
图55. 仪器介绍霍尔效应测磁实验仪是利用 n 型锗（Ge ）霍尔器件作为测磁传感器的物理实验仪器， 它由以下几部分组成：霍尔测磁传感器，使用四芯屏蔽式耦合电缆，霍尔效应测磁仪以数显形式提供 0〜800mA 的励磁电流、0〜10mA 的霍尔片工作电流及显示被测量的霍尔电势（后有换档开关） 。
长直螺线管：L=30cm , N=4 X9T/cm ,R=1.7cm 。
共轴线圈对： D=17.2cm , N=320 匝（每个）。
【实验内容】1 •测量螺线管轴线上的磁场（1）将霍尔测磁传感器电流调至额定值，调整不等位电势，将霍尔输出电压校正至 0伏，然后将螺线管电流调至600mA 。
根据探杆上的刻度，将霍尔器件插入到螺线管中心位置（定为坐标原点） ，此时mV 表上读数即为该点磁感应的霍尔电压值（若探杆插入后，霍尔电压出现负值， 可对调螺线管两端的电源极性，以改变螺线管内磁场的方向），将探杆在螺线管中缓慢前移，从探杆上的刻度读出霍尔元件在螺线管中的 1中。
计算磁感应强度 B ，已知K H =17.7mV（m A T ）,I =5mA 。
表1 x (cm ) 01234567891011121314U H (mV )2.47 2.49 2.49 2.49 2.45 2.47 2.48 2.48 2.48 2.49 2.49 2.46 2.43 2.36 2.22 B ( TX10^) 2.79 2.812.81 2.81 2.77 2.79 2.80 2.80 2.80 2.81 2.81 2.87 2.75 2.67 2.51 x (cm )1516 1718192021222324位置，同时读出相应各点的霍尔电压值，记入表aO i O 2 xbc强度B=%NI=4二10”Tm A」4 9 100m J 0.6A=2.71 10J T。
（2）作出B ~ X关系曲线图，验证螺线管端口磁场为中部磁场的1/2。
管口处指示长度约为16cm，由图线可知，当L=16cm时，磁场强度约为中部强度的一半。
2 •考查一对共轴线圈的耦合度（1）将两个共轴线圈串联相接，换下步骤1中的螺线管，调节共轴线圈中的电流为600mA （接线时务必保持两个共轴线圈的磁场方向一致）。
（2）改变共轴线圈间距a，使a二R二血,将霍尔器件放置在线圈的中心间距a/2处（定为坐标原点），记录探杆移动位置x所对应的霍尔电压值，填入表2中。
（3）改变共轴线圈间距a，记录a R、a :：: R两种情况下探杆移动位置x所对应的霍尔电压值U H，填入表2中。
表2（4）作出以上共轴线圈在三种耦合状态下的 B ~ x的关系曲线图，并判断构成亥姆霍兹线圈的条件。
由图线可知，线性拟合度较好，该亥姆霍兹线圈的耦合度较高。
【思考题】1.61.5 . 1.4 _1.3 _B 1.2 _1.1 ■ 1.0 - 0.9 - 0.8I r 46L(cm)—«— a=8.6a>8.6(a=10.4) ■ a<8.6(a=7.6)iii8 10 12由图线可知，当a 二8.6cm ,线圈中点处与两线圈圆心处的磁感应强度近似相等, 其他条件下为非耦合状态。
满足亥姆霍兹线圈耦合,3 •考察霍尔电压与霍尔器件工作电流的关系。
对于给定的霍尔器件，K H 是一个定值，如果给定磁感应强度 B 值，则霍尔电压U H 是霍尔器件工作电流I的函数，即U H 二K H IB 。
(1)将螺线管电流调至 600mA ,并使霍尔器件固定在螺线管中的某一位置， 改变霍尔器件工作电流从 15mA ，记录相应的霍尔电压值，填入自制表格内。
I (mA ) 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 U B (mV )-1.78-1.67-1.54-1.41-1.29-1.16(2)作出U H ~ I 的关系曲线图。
I (mA)1为什么要用半导体材料制作霍尔元件？怎样提高霍尔元件的灵敏度K H ?1 1答：金属的电子浓度n很大，由R H = —，K H可知，金属不适于制作霍尔元件，应使用电子浓ne ne d度较小的材料，故半导体是一种较为理想的选择。
由K H的定义式可知，降低电子浓度（电导率），缩短霍尔元件的厚度d可以提高灵敏度。
2. 怎样消除地磁场对本实验的影响？答：可采用在多个对立方向组进行测量后取平均值的方式，使不同方向上地磁场的影响相互抵消。
3. 螺线管磁场B与霍尔元件是否垂直对实验结果的影响如何？如何消除？答：不垂直时会使测量值偏小。
将探头多方向指向测定，找到读数最大的方向，则此时即为相互垂直的方向。
生于忧患，死于安乐《孟子•告子》舜发于吠亩之中，傅说举于版筑之间，胶鬲举于鱼盐之中第管夷吾举于士*孙叔敖举于海，百里奚举于市°故天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为，所以动心忍性更曾益其所不能口M 人恒过，然后能改；困于心，衡于虑，而后作；征于色, 发于声，而后喻口入则无法家拂士，出则无敌国外患者，国恒亡。
然后知生于忧患，而死于安乐也口。