试验原理——霍尔电压的测量

霍尔效应的定量关系
当电流达到稳恒状态,
B
fm =fe
UH f m evB, f e e b
I ev bd
。
UH E
fm
+
。
V(I) b
fe
y
d
B=U H /（K H I）
x
z
• I和UH可用仪表准确测出；
KH =U H /（IB）
1 KH = ---灵敏度 e d
实验原理——霍尔电压的测量
uc (U H ) 2 u (I ) u (I ) ] [ c s ]2 [ c M ]2 UH Is IM
uc ( K H ) K H EKH
最主要的是求: uc ( KH )
不确定度计算
解：
测量量有：UH
，Is，IM
ln KH ln U H ln L ln I s ln u0 ln N ln I M
ln K H 1 ln K H 1 ln K H 1 , , U H UH I S IS I M IM
uc ( I s ) u B ( I s )
uc ( I M ) u B ( I M
2
A 0.01 mA 3 3 A 1 ) mA 3 3
2 2
U H 2 U H 2 U H 2 U H 2 uc (U H ) uc (U 3 ) uc (U1 ) uc (U 2 ) uc (U 4 ) U1 U 2 U 4 U 3
附加效应及其消除（附加电压）
1. 2. 3. 4. 不等电势差U0：随工作电流，不随磁场方向改变； 附加温差电势差Ut：随工作电流，也随磁场方向改变； 能斯特效应UP：不随工作电流，随磁场方向改变。 里吉-勒迪克效应 US：不随工作电流，随磁场方向。 y y
P P
E
S
+ v1
fm fe
S
y P
+ v2
UH UH L KH BI s I s 0 NI M
实验仪器与步骤
实验仪器
3 4 8 2 P M S N
1
5
6
7
1.螺线管,2.霍耳片,3.上下调节螺钉
4.霍耳片位置调节螺钉,5.工作电流换向开关
6.霍耳电压换向开关, 7.励磁电流换向开关, 8.标尺
实验仪器与步骤
实验步骤
1. 接线（霍尔元件工作电流切忌与励磁电流接反）。 2. 将励磁电流和工作电流调节旋钮逆时针旋转到底（调到最 小）。 3. 打开电源，调节励磁电流为实验室规定值（1000mA）。 缓慢调节工作电流电源使霍耳元件正常工作在 5.00 mA 额定电流值（注意电源必须预先置于零输出状态） 。 4. 将霍尔元件上下调节螺钉，调至中心。 5. 测量。从左向右或从右向左，对每一个 X 点测量 U1 、 U2 、 U3和U4，操作如下：a) 将开关5、7掷同一方向，规定此 为正，记I+、B+，记录U1；b) 将开关5（工作电流）反掷， 记I-、B+，记录U2；c) 类似可得U3和U4。 6. 关闭电源，整理仪器。
用长直螺线管中点的磁感应强度计算霍耳元件的灵敏度(KH)。
实验原理
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。 B
。ห้องสมุดไป่ตู้
E UH
fm
+
y
V(I)
。
fe
x z
1879年美国物理学家霍尔发现 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UH 。
实验原理——磁感应强度的测量
IS=5.00mA
X (cm)
IM=1000mA
U1 (mV) U2 (mV) U3 (mV) U4 (mV) +Is,+IM -Is,+IM -Is,-IM +Is,-IM
1 U H (U1 U 2 U 3 U 4 ) 4
数据处理
目的：
KH K H U
KH UH L I s 0 NI M
四式相加：
UH 1 (U1 U 2 U 3 U 4 ) U t 4 1 (U1 U 2 U 3 U 4 ) 4
忽略Ut(<5%)： U H
实验原理——灵敏度的测量 霍耳元件灵敏度测定
无限长直螺旋管匀强磁场
N B 0 nI M 0 I M L
7 其中： 真空磁导率 0 4 10 H / m
实验仪器与步骤
注意事项
1. 霍尔元件及二维移动标尺易于折断、变形，应避免 受挤压，碰撞等。 2. 为不使螺线管过热而受到损害或影响测量精度，除 在读取有关数据以外，其余时间必须断开励磁电流 开关。 3. 霍尔元件工作电流切忌与励磁电流接反，且不能超 过其额定电流。
数据记录
附表 UH ~X (B~X)
课前要求
1、请在签到表上签到！
2、按照签到表上的序号入座！ 3、未讲仪器使用之前请勿动仪器！ 4、请勿在实验室内大声喧哗！
5、请勿在实验室内乱扔垃圾！
大学物理实验
五
霍尔效应 与磁场测定
物理实验中心
课堂目录
1 2
实验目的与内容
实验原理 实验仪器与步骤 数据处理
3
4
实验内容
用霍耳元件测量长直螺线管中心轴线上的磁感应强度分布。 （画 UH ~X (B~X）图 ）
B
M
+
v’
N
x
E
+ v1
fm fe
S
+ v2
实验原理——霍尔电压的测量 副效应及其消除（附加电压）
I , B : U1 UH Uo Ut U p Us ;
I , B : U2 U H Uo Ut U p Us ; I , B : U3 UH Uo Ut U p Us ; I , B : U4 U H Uo Ut U p Us ;
2

1 1 2 2 ( )2 uc (U1 ) ( )2 uc (U 2 ) ... 4 4
2
1 A 2 A 0.01 ( ) mV 4 3 2 3 2 3
2 2
EK H [
ln K H ln K H ln K H 2 2 2 uc ( I s ) uc (U H ) uc ( I M ) U H I M I s