實(shí)驗(yàn)課霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn) ppt課件

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)霍爾效應(yīng)研討海南大學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)容引見 1，背景知識(shí) 2，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3，實(shí)驗(yàn)原理 4，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 5，本卷須知 6，數(shù)據(jù)記錄 7，思索題 8，知識(shí)拓展 9，操作示范 霍耳在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：放在磁場(chǎng)中導(dǎo)體塊，當(dāng)通有電流時(shí)，除了電流兩端有電勢(shì)差，在與磁場(chǎng)、電流均垂直的方向也有電勢(shì)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(shí)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(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)展檢測(cè)和控制 . 它具有許多優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造結(jié)實(shí)，體積小，分量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，耐震動(dòng)，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(jià)值。霍爾效應(yīng)應(yīng)價(jià)值。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解霍爾效應(yīng)微觀機(jī)理。 2測(cè)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(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果將上式與實(shí)驗(yàn)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(cè)繪曲線根本原理、測(cè)繪曲線根本原理實(shí)驗(yàn)證明：霍耳電勢(shì)差實(shí)驗(yàn)證明：霍耳電勢(shì)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(chǎng)方向的厚度。磁場(chǎng)方向的厚度。實(shí)驗(yàn)闡明：實(shí)驗(yàn)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(chǎng)丈量磁場(chǎng)探頭探頭高斯計(jì)高斯計(jì) 利用此原理制成高斯計(jì)丈量外界利用此原理制成高斯計(jì)丈量外界磁場(chǎng)。探頭用霍爾元件制成，經(jīng)過磁場(chǎng)。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(gè)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(chǎng)，可推算出動(dòng)力線中流過的電流場(chǎng)，可推算出動(dòng)力線中流過的電流 I I。BbIBRUUHH求出由再由無限長(zhǎng)電流再由無限長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中磁場(chǎng)及丈量附：本實(shí)驗(yàn)中磁場(chǎng)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(lì)磁電流。線圈中的勵(lì)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(chǎng)集中到鐵心內(nèi)部且均勻！強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1，熟習(xí)實(shí)驗(yàn)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(jiān)持電流IM400mA不變，改動(dòng)電流Is,丈量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線 。 4，堅(jiān)持磁場(chǎng)電流Is2.00mA不變，改動(dòng)電流IM,丈量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線 。1.熟習(xí)實(shí)驗(yàn)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(jiān)持電流IM400mA不變，改動(dòng)電流Is,丈量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is

6、曲線 。4，堅(jiān)持磁場(chǎng)電流Is2.00mA不變，改動(dòng)電流IM,丈量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-IM曲線 。五、本卷須知： 1.請(qǐng)勿挪動(dòng)霍爾片的位置! 2.電流和磁場(chǎng)的正負(fù)：(上正下負(fù) 閘刀向上合時(shí)，電流和磁場(chǎng)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(cuò)。六、數(shù)據(jù)記錄表表一 堅(jiān)持電流IM400mA不變，改動(dòng)電流Is丈量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓VH，繪制VH-Is曲線 。表二：堅(jiān)持任務(wù)電流Is2.00mA不變，改動(dòng)電流IM,丈量對(duì)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(dòng)的帶電粒子 在磁場(chǎng)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(chǎng)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(gè)理想的等勢(shì)面上，因此當(dāng)有電流經(jīng)過時(shí)，即使不加磁場(chǎng)，也會(huì)產(chǎn)生附加的電壓V0 ISr，其中r為A、A所在的兩個(gè)等勢(shì)面之間的電阻。 V0的符號(hào)只與電流的方向有關(guān)，與磁場(chǎng)的方向無關(guān)，因此，可以經(jīng)過改動(dòng)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(jiǎng)。八、知識(shí)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(jiǎng)?wù)呷A裔諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)?崔琦崔琦九、示范操作實(shí)驗(yàn)中的負(fù)效應(yīng) 在產(chǎn)生霍耳效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著各種副效應(yīng)。 1.不等勢(shì)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(shì)差 不等電勢(shì)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(shí)不能夠絕對(duì)對(duì)稱地焊接在霍爾片的兩側(cè)，如