霍尔效应法测量磁场

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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

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。

根据霍尔效应测磁场的几种方法归纳总结

根据霍尔效应测磁场的几种方法归纳总结

根据霍尔效应测磁场的几种方法归纳总结霍尔效应是一种常用于测量磁场强度的物理现象。

通过研究霍尔效应,人们发展出了多种方法来测量磁场。

本文将对根据霍尔效应测磁场的几种方法进行归纳总结。

1. 霍尔元件法:霍尔元件是一种基于霍尔效应原理的传感器。

当电流通过霍尔元件时,磁场会引起霍尔电压的产生。

通过测量霍尔电压的大小,可以确定磁场的强度。

霍尔元件法是一种简单而常用的测磁场方法。

霍尔元件法:霍尔元件是一种基于霍尔效应原理的传感器。

当电流通过霍尔元件时,磁场会引起霍尔电压的产生。

通过测量霍尔电压的大小,可以确定磁场的强度。

霍尔元件法是一种简单而常用的测磁场方法。

2. 霍尔传感器法:与霍尔元件法相似,霍尔传感器也是基于霍尔效应原理的传感器。

不同之处在于,霍尔传感器一般具有更高的灵敏度和更广的工作范围。

它可以通过将霍尔传感器放置在需要测量的磁场中,并测量其输出电压来确定磁场的强度。

霍尔传感器法:与霍尔元件法相似,霍尔传感器也是基于霍尔效应原理的传感器。

不同之处在于,霍尔传感器一般具有更高的灵敏度和更广的工作范围。

它可以通过将霍尔传感器放置在需要测量的磁场中,并测量其输出电压来确定磁场的强度。

3. 霍尔探针法:霍尔探针是一种用于测量磁场强度的工具。

它通常由霍尔元件和测量电路组成。

通过将霍尔探针置于磁场中,并测量输出电压,可以得到磁场的强度值。

霍尔探针法在磁场测量和磁场分布研究中得到广泛应用。

霍尔探针法:霍尔探针是一种用于测量磁场强度的工具。

它通常由霍尔元件和测量电路组成。

通过将霍尔探针置于磁场中,并测量输出电压,可以得到磁场的强度值。

霍尔探针法在磁场测量和磁场分布研究中得到广泛应用。

4. 霍尔效应测试仪:霍尔效应测试仪是一种专门用于测量磁场强度的设备。

它通常具有较高的精度和稳定性。

通过将样品放置在霍尔效应测试仪中,仪器可以直接测量并显示磁场的强度值。

霍尔效应测试仪一般用于科研、工业生产等领域。

霍尔效应测试仪:霍尔效应测试仪是一种专门用于测量磁场强度的设备。

霍尔效应法测量磁场实验原理

霍尔效应法测量磁场实验原理

霍尔效应法测量磁场实验原理
霍尔效应是一种将磁场转化为电场的现象。

在导体中通过一定大小的电流时,磁场将
激发在导体中的自由电子,在磁场的作用下,自由电子受力偏移其轨迹,导致电子在垂直
于电流流动方向和磁场方向的方向上产生横向漂移,于是就在导体上产生了横向电场。


个现象被称为霍尔效应,相应的电压称为霍尔电压,而产生这种电压的元件称为霍尔元件。

通过测量霍尔电压可以精确测量磁场的大小。

在磁场B作用下,在宽度为w,长度为l的薄片导体上通过电流I,在导体中激发载流子,随后载流子受到洛伦兹力的作用,在y方向上发生位移,导致产生的跨导G与磁感应
强度B直接成正比关系:
G=Vxy/I = RH B
其中Vxy为横向电压,I为电流,RH是霍尔系数,容易得知,做定量测量时,RH是定值,而在实验条件不变的情况下,Vxy与I成正比,Vxy与B成正比,因此,B∝Vxy,也就是说,磁场强度与横向电压成正比。

因此,可以通过测量横向电压Vxy的大小,从而获得磁场B的大小。

但需要注意的是,为了保证测量的准确性,霍尔元件应该放置在磁场的均匀区域内,且磁场的方向应与导体
中电流的前进方向垂直。

总之,霍尔效应是一种精准测量磁场的方法,它可以广泛应用于科学研究和工程实践中。

利用霍尔效应测磁场

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】

霍尔效应法测量磁场

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。

霍尔法测磁场

霍尔法测磁场

霍尔法测磁场
霍尔法是一种测量磁场强度的方法,利用霍尔效应的原理。

霍尔效应是指当电流通过一块具有特定材料的导体时,垂直于电流和磁场方向的电压差产生。

这个电压差被称为霍尔电压,它与通过导体的电流和磁场强度成正比。

霍尔法测量磁场强度的步骤如下:
1. 准备霍尔元件:选择一块具有霍尔效应的材料,通常为霍尔片或霍尔传感器。

2. 连接电路:将霍尔元件连接到电路中,通常包括一个电流源以供电流通过霍尔元件,以及一个电压测量器来测量霍尔电压。

3. 设置磁场:将待测磁场放置在霍尔元件附近,确保磁场垂直于电流方向。

4. 测量电压:通过调节电流源使得电流通过霍尔元件,同时使用电压测量器测量霍尔电压。

5. 计算磁场强度:利用已知的电流值和比例关系,根据测量到的霍尔电压计算出磁场强度。

需要注意的是,为了准确测量磁场强度,霍尔元件应该被放置在磁场的均匀区域,并且不受其他电磁干扰。

另外,不同的霍尔元件对应不同的电路连接方式和计算公式,具体操作需要根据具体的霍尔元件和电路要求来确定。

霍尔效应法测量磁场

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。

实验41、用霍耳效应法测量磁场

实验41、用霍耳效应法测量磁场

实验41、用霍耳效应法测量磁场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,这称之为霍尔效应。

霍尔效应主要用于测定半导体材料电学参数、非电量电测自动控制等方面。

通过这个实验可以重点学习如下内容:1)测量磁场的霍尔效应法。

2)对称测量法。

3)霍尔效应仪的连接和调节。

【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。

【实验仪器】霍尔效应实验仪【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,就有洛仑兹力。

(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,根据,在、面间便有霍尔电压。

当建立起来后,它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹力方向相反的电场力,其大小为。

随着电子在面继续积累,的电场力也逐渐增大,当两力大小相等(即)时,霍尔电场对电子的作用力与洛仑兹力相互抵消,电子的积累达到动态平衡,、间便形成一个稳定的霍尔电场,则有:(2)(3)设N型半导体的载流子浓度为,流过半导体样品的电流密度为(4)则(5)式中, 为半导体薄片的宽度;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);为霍尔元件的工作电流(单位mA);为垂直于半导体薄片的磁感应强度(单位T或kGS)。

若已测定,实验中测出样品的工作电流和霍尔电压,利用(7)式便可测得磁感应强度,即(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。

霍尔效应法测磁场实验报告

霍尔效应法测磁场实验报告

霍尔效应法测磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

3、掌握霍尔元件的特性和使用方法。

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位差,这种现象称为霍尔效应。

这个横向电位差称为霍尔电压,用$U_H$ 表示。

霍尔电压的大小与电流$I$、磁感应强度$B$ 以及薄片的厚度$d$ 等因素有关,其关系式为:$U_H = K_H IB$其中,$K_H$ 称为霍尔系数,它与半导体材料的性质有关。

2、用霍尔效应法测磁场若已知霍尔元件的灵敏度$K_H$ ,通过测量霍尔电压$U_H$ 和电流$I$ ,就可以计算出磁感应强度$B$ :$B =\frac{U_H}{K_H I}$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、实验步骤1、仪器连接(1)将霍尔效应实验仪的各个部件按照说明书正确连接。

(2)将直流电源、毫安表、伏特表等仪器与实验仪连接好。

2、调节仪器(1)调节直流电源的输出电压,使通过霍尔元件的电流达到预定值。

(2)调节特斯拉计,使其归零。

3、测量霍尔电压(1)在不同的磁场强度下,测量霍尔元件两端的电压。

(2)改变电流的方向,再次测量霍尔电压。

4、数据记录将测量得到的数据记录在表格中,包括电流、磁场强度、霍尔电压等。

五、实验数据及处理1、实验数据记录|电流(mA)|磁场强度(T)|霍尔电压(mV)(正电流)|霍尔电压(mV)(负电流)|||||||50|01|256|-258||50|02|512|-515||50|03|768|-771||100|01|512|-515||100|02|1024|-1028||100|03|1536|-1542|2、数据处理(1)计算每个测量点的平均霍尔电压:$U_{H平均} =\frac{U_{H正} + U_{H负}}{2}$(2)根据霍尔系数$K_H$ 和平均霍尔电压、电流计算磁场强度:$B =\frac{U_{H平均}}{K_H I}$3、绘制曲线以磁场强度为横坐标,霍尔电压为纵坐标,绘制霍尔电压与磁场强度的关系曲线。

霍尔效应法测磁场的实验报告

霍尔效应法测磁场的实验报告

霍尔效应法测磁场的实验报告一、实验目的本实验旨在通过霍尔效应法测量不同磁场强度下的霍尔电压,并计算出磁场的大小。

二、实验原理1. 霍尔效应当导体中有电流流过时,如果将另一个垂直于电流方向和导体面的磁场施加在导体上,则会产生一种称为霍尔效应的现象。

该效应表明,在垂直于电流方向和导体面的方向上,将会产生一个电势差,这个电势差就叫做霍尔电压。

2. 磁场大小计算公式根据霍尔效应原理,可以得到计算磁场大小的公式为:B = (VH/IR)×1/K其中,B表示磁场强度;VH表示测得的霍尔电压;I表示通过样品的电流;R表示样品材料的电阻率;K表示霍尔系数。

三、实验器材1. 万用表2. 稳压直流电源3. 磁铁4. 霍尔元件四、实验步骤及数据处理1. 将稳压直流电源接入到霍尔元件上,并设置合适的输出电压和输出电流。

2. 将磁铁放置在霍尔元件的两侧,使磁场垂直于霍尔元件的平面。

3. 测量不同磁场强度下的电压值,并记录数据。

4. 计算出每个电压值对应的磁场大小,并绘制磁场强度与电压之间的关系曲线。

5. 根据实验数据计算出样品材料的电阻率和霍尔系数,并进行比较分析。

五、实验结果分析通过实验测量得到了不同磁场强度下的霍尔电压,根据计算公式可以得到相应的磁场大小。

绘制出了磁场强度与电压之间的关系曲线,可以看出二者呈现线性关系。

通过计算得到样品材料的电阻率和霍尔系数,可以发现不同样品材料具有不同的电阻率和霍尔系数,这也说明了不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的。

六、实验结论本次实验通过测量霍尔效应法测量了不同磁场强度下的霍尔电压,并计算出了相应的磁场大小。

通过数据处理得到了样品材料的电阻率和霍尔系数,并进行了比较分析。

实验结果表明,不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的,这也为磁场探测提供了一定的参考依据。

霍尔效应测磁场实验步骤

霍尔效应测磁场实验步骤

霍尔效应测磁场实验步骤霍尔效应是一种基于洛伦兹力的物理现象,利用该现象可以测量磁场的强度。

下面将介绍一种利用霍尔效应测磁场的实验步骤。

实验步骤如下:1. 准备实验装置:首先需要准备一个霍尔元件、一个恒定电流源、一个恒定磁场源和一个电压测量仪器。

霍尔元件是实验中必需的关键元件,它具有精确的尺寸和材料特性,能够产生稳定的霍尔电压。

2. 将霍尔元件固定在实验台上,并连接电路:将霍尔元件固定在实验台上,然后将电路连接起来。

首先将恒定电流源的正极和负极分别连接到霍尔元件的两个接线端,并确保电流的方向与霍尔元件的方向垂直。

接下来,将电压测量仪器的两个探头分别连接到霍尔元件的两个接线端,以测量霍尔电压。

3. 施加恒定磁场:利用磁场源产生一个恒定的磁场,并将其垂直于霍尔元件和电流方向。

可以通过调节磁场源的位置和强度来实现磁场的控制和调节。

4. 测量霍尔电压:在施加恒定磁场的同时,使用电压测量仪器测量霍尔电压。

霍尔电压的大小和方向与磁场的强度和方向有关。

霍尔电压的测量可以通过调节电压测量仪器的量程和灵敏度来实现。

5. 分析实验数据:根据测得的霍尔电压值,可以利用霍尔效应的数学表达式计算出磁场的强度。

霍尔效应的数学表达式与霍尔元件的几何形状和材料特性有关,可以在实验前进行理论计算和准备。

需要注意的是,在进行实验前应该先校准实验装置,确保各个元件的性能和参数都正常。

此外,实验过程中应尽量避免干扰源的存在,以确保测量结果的准确性。

总结:通过以上步骤,我们可以利用霍尔效应来测量磁场的强度。

霍尔效应测磁场的实验步骤包括准备实验装置、连接电路、施加恒定磁场、测量霍尔电压和分析实验数据。

通过实验测量和数据分析,我们可以得到磁场的强度值。

霍尔效应测磁场的实验方法简单易行,广泛应用于科研实验和工程技术领域。

利用霍尔效应测磁场霍尔利用效应霍尔效应测量磁场

利用霍尔效应测磁场霍尔利用效应霍尔效应测量磁场

利用霍尔效应测磁场霍尔利用效应霍尔效应测量磁场
霍尔效应是指在一定条件下,在导体中沿流动方向施加交变电场时,会在导体内产生电压,这种电压称为霍尔电压。

霍尔效应可以用来测量磁场强度,也可以用于磁场方向的检测和测量。

霍尔效应的原理是:当一个导体带电子流时,由于磁场的作用,电子将发生偏转,使得带有电荷的侧面与另一侧相比有电荷分布的不均匀性。

这样,电流就会在电荷不平衡区域内施加一个电场,这个电场与磁场相垂直,因此就会产生一种称为霍尔电位差的电势差。

霍尔电势差具有如下的特点:
1. 与导体中的电流强度和方向、磁场的强度和方向有关。

2. 与导体的材质和尺寸有关。

3. 在一定温度下保持不变。

利用霍尔效应测磁场的方法一般是:在一个带有导电层的锡烯片上,布置一个恒定的电流,使电流垂直于锡烯片的面板。

当这个锡烯片处于磁场中时,由于磁场的作用,电子流将发生侧向偏转,形成了电荷不平衡的区域,从而会产生一个电压,这个电压就是霍尔电势差。

这个电压的大小正比于锡烯片的电流强度和磁场的强度,与电流方向和磁场方向成正比例和反比例关系。

因此,可以测量霍尔电势差,然后根据其大小来推导出磁场的强度和方向。

霍尔效应在电子技术中有广泛的应用,例如:在集成电路中,可以利用霍尔效应来检测物体的位置、速度和方向;在机器人技术中,也可以利用霍尔效应来测量机器人的位置和朝向等。

此外,霍尔效应还可以用于制备陀螺仪、磁场传感器、匀速电机等。

总之,霍尔效应是电子技术中一项重要的研究内容,具有广泛的应用价值。

霍尔效应测磁场的原理

霍尔效应测磁场的原理

霍尔效应测磁场的原理
霍尔效应是一种利用半导体材料的电学特性测量磁场的方法。

当一个导电体中流过电流时,如果将该导电体置于磁场中,则磁场会对电流的流动产生影响。

在一个垂直于电流方向的磁场中,电子受到洛伦兹力的作用,会偏转到一侧,导致电子在该侧的浓度增加,另一侧的浓度减少。

这种现象称为霍尔效应。

霍尔效应的原理是基于霍尔电压的测量。

当一个半导体材料置于磁场中,呈平行于电流方向的形状,电流沿着该材料流过时,会在该材料上形成电场。

该电场会使电子受到一个额外的力,使其在材料上产生一个横向漂移。

这种漂移将导致电子在材料内部积累,从而影响材料的电阻率。

通过测量材料的电阻率和引入磁场后的电阻率差,可以计算出霍尔电压。

霍尔电压与磁场的大小成正比,因此可以利用霍尔效应测量磁场的强度。

霍尔效应的应用非常广泛,包括磁场测量、电流测量、传感器、电子组件等领域。

它具有响应速度快、精度高、无需直接接触测量等优点,成为了现代电子技术中不可或缺的一部分。

- 1 -。

用霍尔效应法测定磁场

用霍尔效应法测定磁场

注意 1.开机(或关机)前应将IS、IM旋钮逆时针旋到底。仪器接 通电源后,预热数分钟即可进行实验。 2.在调节IS、IM两旋钮时一定要注意切换“测量选择”,不可 过大。
实验思考
霍尔电压是怎么产生的?如何判断材料的导电 类型?
实验中为什么要采用对称测量法?
霍尔效应特性研究试验中,提供的磁感觉强度 大小和方向如何确定?
用霍尔效应法测定磁场
实验目的
了解产生霍尔效应的机理 掌握用霍尔元件测量磁场的基本方法
实验仪器
HL-1型螺线管磁场测定组合仪
实验原理 实验内容
实验思考
实验原理
1. 霍尔效应:在磁场中,载流导体或半导体上 出现横向电势差的现象
1879年美国物理 学家霍尔发现
2.霍尔电压:霍尔效应中产生的电势差 上图中导体上下两端面出现电势差
B
VH fL f
m
B
电荷受电力 Fe qEH
fe Fe
I
v
b
当qEH qB 时
电势差为
VH EH b
E E d
Bb
4.霍尔系数 霍尔电阻 由电流强度的定义有
I nqdb
I nqdb
IB VH Bb nqd
n 单位体积中的粒子数
B
B
VH
fL f
实验思考 答案
然后求
、 、 和

代数平均值
V1 V2 V3 V4 VH 4
实验内容与步骤
霍尔输出特性测量
测绘元件的UH—IS曲线
测绘元件的UH—IM曲线 测出螺线管轴线的磁感觉强度的分布UH—x 曲线。
霍尔效应实验仪
IS是给霍尔片加电流的换向开关,IM是励磁电流的换向开关。

霍尔效应测磁场

霍尔效应测磁场

霍尔效应测磁场
霍尔效应测磁场是一种测量场的方法,用来测量物体的磁场强度。

它是根据一个名为霍尔的德国物理学家Hermann von Helmholtz的发现来命名的,他认为,如果一种具有或模拟磁力的物质被放置在铁的外壳的某一端,此外壳就会出现磁场和电流。

如果物质的或模拟的磁力发生变化,那么外壳就会呈现出不同的磁场和电流。

霍尔效应测磁场的工作原理
霍尔效应测磁场是一种磁力分析仪,它通过读取受磁影响的铁壳上的电流和电势,来测量物体的磁场强度。

它使用两个导线或一对磁芯来形成一个尔坚闭环,磁化量会在尔坚闭环中流动,这种磁化量在尔坚闭环的两个端口之间产生一个电压,可以通过测量这个电压来确定物体的磁力强度。

霍尔效应测磁场的应用
霍尔效应测磁场可以应用于仪器测量、舰船定位、金属检测、磁体的磁效应实验、交流和电动机的发现等领域。

它还可以被用于研究磁流变梯度和地磁场的变化,也可以测量物质的磁化量和磁矩。

霍尔效应测磁场的优点
霍尔效应测磁场具有准确度高,发射量小,速度快等优点,可以更快更准确地测量物体的磁场强度。

相比于传统的测量方法,可以实现较高的精度,而且能够更快更准确地测量物体的磁场强度。

此外,它还可以节约能源,因为它不需要给物体施加额外的磁力,而只需要测量物体本身的磁化量。

结论
霍尔效应测磁场是一种常见的测量方法,它可以应用于仪器测量,舰船定位,金属检测,磁体的磁效应实验,交流和电动机的发现等领域,它具有准确度高,发射量小,速度快等优点,可以更快更准确地测量物体的磁场强度。

用霍尔效应测量磁场

用霍尔效应测量磁场

R0 是两等位面间的电阻,由此可见,在 R0 确定的情况下,
U0 与 Is的大小成正比,且其正负随 Is的方向而改变。
当元件 X 方向通以工作电流 IS,Z 方向加磁场 B 时,由于霍尔片内的载流子
速度服从统计分布,有快有慢。在到达动态平衡时,在磁场的作用下慢速快 速的载流子将在洛仑兹力和霍耳电场的共同作用下,沿 y 轴分别向相反的两 侧偏转,这些载流子的动能将转化为热能,使两侧的温升不同,因而造成 y
与磁感强度 B 值就可以从仪器上直接读出来了。这样的测磁仪器称特斯拉计
(原称高斯计),特斯拉和高斯都是磁感强度 B 的单位,以上所述,就是用 霍尔元件测量磁场的原理。
实验误差及其消除
由于制作时,两个霍尔电势不可能绝对对称的焊在霍尔片两侧(图 2-1)、霍 尔片电阻率不均匀、控制电流极的端面接触不良(图 2-2)都可能造成 P,Q两极 不处在同一等位面上,此时虽未加磁场,但 P,Q 间存在电势差 U0,此称不等位电势, U0=IsR0
如 3)所述霍尔元件在 x 方向有温度梯度 dxdT ,引起载流子沿梯度方向扩散而有热电流 Q 通过元 件,在此过程中载流子受 Z 方向的磁场 B 作用下,在 y 方向引起类似爱廷豪森效应的温差 TA-TB, 由此产生的电势差 UR∝QB,其符号与 B 的方向有关,与 Is的方向无关。为了减少和消除以上效应 的附加电势差,利用这些附加电势差与霍尔元件工作电流 IS,磁场 B(即相应的励磁电流 IM)的 关系,采用对称(交换)测量法进行测量。 当+IS,+IM时 UAB1 =+UH+U0+UE+UN+UR 当+IS,-IM时 UAB2 =-UH+U0-UE+UN+UR
2)对于半无限长螺丝管端或有限长螺线管两端口磁场为
B≈uonl/2

霍尔效应法测量磁场

霍尔效应法测量磁场

5.将将Is和Im调到最小,断开三个闸刀开关,关闭电源拆线收拾仪器。

数据处理及误差计算(报告):8.007.006.005.004.003.002.001.000.001.002.003.004.005.006.007.001.81.61.41.210.80.60.40.20.1000.2000.3000.4000.5000.600原始实验数据粘贴处实验结果分析:1、当霍尔电压保持恒定,改变励磁电流时,测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加,通过作图发现二者之间也满足线性关系。

2、2、当励磁电流保持恒定,改变霍尔电流时,测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加,通过作图发现二者之间满足线性关系。

问题讨论:1、霍耳元件为什么要用半导体材料,而且要求做得很薄?霍尔电压是如何产生的?答:半导体材料的迁移率高,电阻率适中,是制造霍耳器件较理想的材料。

2、工作电流和磁场为什么要换向?实际操作时如何实现?答:为了把产生霍耳效应的时候所伴随的副效应的影响从测量的结果中消除。

实际操作时通过切换实验仪三组双刀开关改变电流和磁场的方向。

3、回答SI、MI、HU、U分别表示什么含义?SI、MI的作用分别是什么?答:SI表示样品工作电流;MI表示励磁电流;HU表示存在磁场时的霍耳电压;U表示在零磁场下的霍耳电压。

SI的作用是改变电流大小和方向,MI的作用是改变磁场的大小及方向。

4、霍耳效应有哪些应用?答:在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有:在分电器上作信号传感器、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、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器。

5、如何精确测量霍耳电压?本实验采用什么方法消除各种附加电压?答:设法消除产生霍尔效应时伴随的多种副效应。

本实验采用电流和磁场换向的所谓对称测量法。

6、磁场不恰好与霍耳片的法线一致,对测量结果有何影响?答:磁场不与霍尔片垂直,只有其法向分量能起作用,即霍尔片产生的霍尔电压会减小。

霍尔效应法测量磁感应强度的原理

霍尔效应法测量磁感应强度的原理

霍尔效应法测量磁感应强度的原理一、引言霍尔效应法是一种测量磁场强度的方法,它基于霍尔效应的原理。

霍尔效应是指当一个导体带电流时,如果将其放置在一个磁场中,那么在导体两侧会产生一定的电势差。

这个现象被称为霍尔效应。

利用这个原理可以测量磁场强度。

二、霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应测量磁场强度的重要部件。

它通常由半导体材料制成,具有一个矩形形状的平面结构。

在这个结构中,有一条电流引线和两个电压引线。

三、工作原理当电流通过霍尔元件时,会在其上产生一个横向的电场E。

如果将它放置在一个垂直于该平面的磁场B中,则由于洛伦兹力作用,载流子将会偏移,并且在元件两侧产生一个电势差VH。

VH=RHIB其中RH被称为霍尔系数,I为电流,B为磁感应强度。

因此,在给定的电流下,可以通过测量VH来计算出B。

四、实验步骤1.连接电路:将霍尔元件连接到电路中,使其处于一个恒定的电流下。

2.调整磁场:调整磁场强度和方向,使其垂直于霍尔元件的平面。

3.测量电势差:使用万用表测量霍尔元件两侧的电势差VH。

4.计算磁感应强度:根据公式VH=RHIB,计算出磁感应强度B。

五、误差分析在实际测量中,可能会存在一些误差。

其中最主要的误差来自于霍尔系数的不确定性。

这个系数是由材料和工艺决定的,不同的元件可能会有不同的值。

此外,在实验过程中还可能存在一些温度漂移和电源稳定性等问题。

六、应用领域霍尔效应法广泛应用于磁场测量、位置检测、速度检测等领域。

例如,在机械加工中,可以利用霍尔效应来检测刀具位置和转速;在汽车行业中,可以利用霍尔效应来检测轮速和转向角度等信息。

七、总结霍尔效应法是一种简单而有效的测量磁场强度的方法。

它基于霍尔效应的原理,利用霍尔元件来测量电势差,从而计算出磁感应强度。

在实际应用中,需要注意一些误差来源,同时可以将其应用于多个领域中。

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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 方向以速度运动,此电子将受到垂直方向磁场B 的洛仑兹力m e F ev B =⨯u u r u r u r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H E u u u r,该电场对电子的作用力H H F eE =u u r u u u r ,与m e F ev B =⨯u u r u r u r反向,当两种力相平衡时,便出现稳定状态,1、2两侧面将建立起稳定的电压H U ,此种效应为霍尔效应,由此而产生的电压叫霍尔电压H U ,1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。

I如果半导体中电流I 是稳定而均匀的,可以推导出H U 满足:H H H IBU R K IB d=⋅=⋅, 式中,H R 为霍耳系数,通常定义/H H K R d =,H K 称为灵敏度。

由H R 和H K 的定义可知,对于一给定的霍耳传感器,H R 和H K 有唯一确定的值,在电流I 不变的情况下,与B 有一一对应关系。

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,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O 为坐标原点,则(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:00B NI μ=u u r图2式中0μ——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:1012B NI μ=u u r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。

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4所示。

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 ,取线圈轴线上距两线圈等距离的点O 为原点,轴线为x 轴,则在两线圈圆心1O 和2O 之间轴上任意一点P (其图4坐标为x )到两线圈圆心的距离分别是2a x ⎛⎫+ ⎪⎝⎭和2a x ⎛⎫- ⎪⎝⎭,两线圈在点产生的磁感应强度的大小分别是和:2013222122NR IB a R x μ=⋅⎡⎤⎛⎫++⎢⎥⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦,2023222122NR IB a R x μ=⋅⎡⎤⎛⎫+-⎢⎥⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦。

因1B 、2B 的方向相同,都在x 轴的正方向,所以点P 的总磁场为:20123322222211222NR I B B B a a R x R x μ⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪=+=⋅+⎨⎬⎪⎪⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎪⎪+++-⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎪⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎩⎭。

在点O 处,因0x =且a R =,所以:32004()0.7165NIB O B R μ⎛⎫=⋅≈ ⎪⎝⎭。

在1O 和2O 点的B 大小相等:01203/211()()0.677222NI B O B O B R μ⎛⎫==⋅+≈ ⎪⋅⎝⎭。

1O 和2O 点之间其它各点的值介于1()B O 和()B O 之间,可见在亥姆霍兹线圈轴线上,O 点的磁场最强,O和1O 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。

5. 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 =4×9T/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位置,同时读出相应各点的霍尔电压值,记入表1中。

计算磁感应强度B ,已知mV17.7(mA T)H K =⋅,5mA I =。

表1图5a ab c理论值:长直螺线管中心处的磁感应强度71130410T m A 49100m 0.6A=2.7110T B NI μπ----==⨯⋅⋅⨯⨯⨯⨯⨯。

(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。

B (T ^)L(cm)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8.6cm a R ==,将霍尔器件放置在线圈的中心间距/2a 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H U ,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。

BL (cm)由图线可知,当8.6cm a =,线圈中点处与两线圈圆心处的磁感应强度近似相等,满足亥姆霍兹线圈耦合,其他条件下为非耦合状态。

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,H K 是一个定值,如果给定磁感应强度B 值,则霍尔电压H U 是霍尔器件工作电流I 的函数,即H H U K 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1~5mA ,记录相应的霍尔电压值,填入自制表格内。

(2)作出~H U I 的关系曲线图。

U (m V )I (mA)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.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H K ? 答:金属的电子浓度n 很大,由1H R ne=,1H K ne d =⋅可知,金属不适于制作霍尔元件,应使用电子浓度较小的材料,故半导体是一种较为理想的选择。

由H K 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。

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