實驗課霍爾效應(yīng)實驗 ppt課件

1、大學(xué)物理實驗霍爾效應(yīng)研討海南大學(xué) 物理實驗室 內(nèi)容引見 1，背景知識 2，實驗?zāi)康?3，實驗原理 4，實驗內(nèi)容 5，本卷須知 6，數(shù)據(jù)記錄 7，思索題 8，知識拓展 9，操作示范 霍耳在實驗中發(fā)現(xiàn)：放在磁場中導(dǎo)體塊，當(dāng)通有電流時，除了電流兩端有電勢差，在與磁場、電流均垂直的方向也有電勢差這就是霍耳效應(yīng)。 霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家霍爾霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家霍爾1879年發(fā)現(xiàn)的。年發(fā)現(xiàn)的。bdHU一、背景知識dIBKUH一、背景引見 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制備的霍爾元件是一種磁傳感器，可將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及任務(wù)形狀發(fā)生變化

2、的時間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)展檢測和控制 . 它具有許多優(yōu)點：構(gòu)造結(jié)實，體積小，分量輕，壽命長，安裝方便，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。2.霍爾效應(yīng)應(yīng)價值。霍爾效應(yīng)應(yīng)價值。二、實驗?zāi)康?1了解霍爾效應(yīng)微觀機(jī)理。 2測繪試樣的VH-IS 和VH-IM曲線。BvefmIMNvfmEHfe1、霍耳效應(yīng)的微觀機(jī)理、霍耳效應(yīng)的微觀機(jī)理dIBKUH三、實驗原理三、實驗原理HeEefemffbUEvBHH設(shè)單位體積內(nèi)載流子數(shù)密設(shè)單位體積內(nèi)載流子數(shù)密度為度為n n，那么電流強(qiáng)度為，那么電流強(qiáng)度為將上式與實驗結(jié)果將上式與實驗結(jié)果 bIBKUH相比，可知：相比，可知：nqK1nqvbdI dIBn

3、qUH1bUvBHIMN-霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)2、電流強(qiáng)度的微觀機(jī)理、電流強(qiáng)度的微觀機(jī)理3、測繪曲線根本原理、測繪曲線根本原理實驗證明：霍耳電勢差實驗證明：霍耳電勢差 dIBKUH 式中式中 K K 稱作霍耳系數(shù)稱作霍耳系數(shù)bdHU 式中的的為導(dǎo)體塊順著式中的的為導(dǎo)體塊順著磁場方向的厚度。磁場方向的厚度。實驗闡明：實驗闡明：UHUH與導(dǎo)體塊的與導(dǎo)體塊的寬度寬度b b無關(guān)。無關(guān)。HHIRUbB得丈量磁場丈量磁場探頭探頭高斯計高斯計 利用此原理制成高斯計丈量外界利用此原理制成高斯計丈量外界磁場。探頭用霍爾元件制成，經(jīng)過磁場。探頭用霍爾元件制成，經(jīng)過丈量丈量 UH UH，折算成，折算成 B B 。丈量大

4、電流丈量大電流-幾萬安培幾萬安培詳細(xì)運(yùn)用的兩個例子：bIBRUUHH由B BI 用霍爾元件丈量大電流周圍的磁用霍爾元件丈量大電流周圍的磁場，可推算出動力線中流過的電流場，可推算出動力線中流過的電流 I I。BbIBRUUHH求出由再由無限長電流再由無限長電流 I I 與與 B B 之間的關(guān)之間的關(guān)系可知系可知 I I 。附：本實驗中磁場及丈量附：本實驗中磁場及丈量鐵心磁導(dǎo)率鐵心磁導(dǎo)率 ， 1 r 鐵心面束縛電流鐵心面束縛電流 線圈中的勵磁電流。線圈中的勵磁電流。 同向？反向？同向？反向？ 等效螺線管等效螺線管強(qiáng)磁場集中到鐵心內(nèi)部且均勻！強(qiáng)磁場集中到鐵心內(nèi)部且均勻！p182-p182-19.13

5、)19.13)由鐵心或一由鐵心或一定的間隙構(gòu)成定的間隙構(gòu)成的磁力線集中的的磁力線集中的通路叫磁路。通路叫磁路。四、實驗內(nèi)容 1，熟習(xí)實驗儀器的面板構(gòu)造，了解各“調(diào)理旋鈕的作用和本卷須知，正確聯(lián)線。 2，接通電源，預(yù)熱5分鐘。 3，堅持電流IM400mA不變，改動電流Is,丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線 。 4，堅持磁場電流Is2.00mA不變，改動電流IM,丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線 。1.熟習(xí)實驗儀器的面板構(gòu)造，了解各“調(diào)理旋鈕的作用和本卷須知，正確聯(lián)線。2，接通電源，預(yù)熱5分鐘。3，堅持電流IM400mA不變，改動電流Is,丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is

6、曲線 。4，堅持磁場電流Is2.00mA不變，改動電流IM,丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線 。五、本卷須知： 1.請勿挪動霍爾片的位置! 2.電流和磁場的正負(fù)：(上正下負(fù) 閘刀向上合時，電流和磁場的為正。 3.儀表穩(wěn)定后方可讀數(shù)。 4.Is和IM千萬不可聯(lián)錯。六、數(shù)據(jù)記錄表表一 堅持電流IM400mA不變，改動電流Is丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線 。表二：堅持任務(wù)電流Is2.00mA不變，改動電流IM,丈量對應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線 。七、思索題 1，霍耳電壓是怎樣構(gòu)成的？ 答：霍耳效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動的帶電粒子 在磁場中受洛倫茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng) 帶

7、電粒子電子或空穴被約束在固體資料 中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場方向 上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，正負(fù)電荷之間的電 位差即為霍爾電壓。 2，如何察看不等位效應(yīng)？如何消除它？ 答：這是由于丈量霍耳電壓的電極A和A位置難以做到在一個理想的等勢面上，因此當(dāng)有電流經(jīng)過時，即使不加磁場，也會產(chǎn)生附加的電壓V0 ISr，其中r為A、A所在的兩個等勢面之間的電阻。 V0的符號只與電流的方向有關(guān)，與磁場的方向無關(guān)，因此，可以經(jīng)過改動電流的方向予以消除。 量子霍爾效應(yīng)量子霍爾效應(yīng)克利青在1985年獲得了諾貝爾物理獎。八、知識拓展分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)華裔諾貝爾獲獎?wù)呷A裔諾貝爾獲獎?wù)?崔琦崔琦九、示范操作實驗中的負(fù)效應(yīng) 在產(chǎn)生霍耳效應(yīng)的同時，因伴隨著各種副效應(yīng)。 1.不等勢電壓電極位置上下不一致 2.熱磁效應(yīng)的直接附加電壓兩電極電阻不等，發(fā)熱不同。 3.熱磁效應(yīng)的熱效應(yīng)的附加電壓11不等電勢差 不等電勢差是由于霍爾元件的資料本身不均勻，以及電壓輸入端引線在制造時不能夠絕對對稱地焊接在霍爾片的兩側(cè)，如