華科大一下 物理實驗報告 霍爾效應與應用設計

霍爾效應與應用設計【實驗內(nèi)容】1.恒定磁場，保持1“不變（可取I=0.50A）,測繪V-I曲線（I。取0.50,1.00,1.50,……4.00mA）M M HS S表1測繪v?I實驗曲線數(shù)據(jù)記錄表，I=0.500AHS MI(mA)SV(mV)iV(mV)2V(mV)3V(mV)4V—V+V—VV二——2——3——(mV)H 4+B,+IS-B,+1S-B,-IS+B,-IS0.500.841.191.190.851.01751.001.682.382.371.692.031.502.513.553.542.533.03252.003.354.734.703.374.03752.504.185.905.894.215.0453.005.027.087.055.056.053.505.858.268.225.907.0575Vh(mV)8 76543210 0.51.0 1.50 0.51.0 1.52.0 2.53.0 3.5Is(mA)通過回歸法可計算出k1=2.01232.恒定工作電流，保持I。不變（取I=3.00mA），測繪V-I,曲線（I,取0.100,0.200,……,S S HM M0.500A），表格設計參閱表1。

測繪Vh~Is實驗曲線數(shù)據(jù)記錄表，Is二3.°°mAI(mAMV(mV)1Vl(mV)2V(mV)31Vl(mV)4V+1V1+V+1V1V二——2——3——(mV)H 4+B,+IS-B,+1S-B,-IS+B,-IS0.10002.230.190.222.201.210.20003.451.401.423.412.420.30004.652.612.624.613.62250.40005.853.803.845.824.82750.50007.075.025.057.036.0425Vh(mV)IM(A)通過回歸法可計算出k2=12.07253.在零磁場下（即1=0），測量Vr（即V）o（|取0.10,0.20,0.30 1..00mAM BC q S數(shù)據(jù)記錄參考表格2I(mA)s0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00/mV)811572363143884645456176967700.10.20.30.40.50.10.20.30.40.58007006005004003002001000.1 0.2 0.30.4 0.50.60.70.8 0.9 IM(A)通過回歸法可計算出k3=766.5455通過回歸法可計算出k3=766.5455由V二I-K-B二22.5-1-K-1HSH SHMk可得到K=i=178.67mV/mA-Thi22.5IMkK= 2 =178.85mV/mA-TH2 22.51SKiKK=-H^-H2二178.76mV/mA-TH 2與儀器標注178mV/mA?T相差不大計算Kh不確定度：由于實驗沒有必要進行多次測量取平均值，沒有A類不確定度，B類不確定度源于儀器的測量誤差，已知儀器的測量準確度為0.5%，取均勻分布,I 05(I)=、、U2= =0.28867513s:儀v'3(I)=JU2=05=0.28867513M丿'儀I 05(V)=:U2= =0.28867513h'儀<3mAmAmV)二K」[^^]2+[ ◎]2=0.0005775mV/mA-Tk I11U(k) T；T其中[ ]2=￥ ,r為V、/的相關系數(shù)k N—2 HsUH=o.oo05775mV/mA-T計算載流子濃度n、電導率&、遷移率“與其不確定度:載流子濃度n=deJr=1.75x1017/m3HU(K)U(d)U二n.[ 上]2+[ ]2二5.005x10i3m-3'K dH電導率“卜HH=9」4S/mBC叮U(k3)]2+[?]2[ d]2+[巴]2=0.24S/mdb L遷移率p,=R =0.326m2/V-sHI1U(R)U(GU=p■[ 上]2+[ ]2=0.0472m2/V-s-3卩 R cHU、U、U主要源于所給霍爾元件尺寸的誤差卩nc4?根據(jù)實驗所測得的霍爾樣品的霍爾系數(shù)Rh（或霍爾元件的靈敏度Kh），測量亥姆霍H H

茲線圈單邊水平方向磁場分布（測試條件ls=3.00mA,Im=0.500A）,測量點不得少于八點（不等步長），以線圈中心連線中點為相對零點位置，作B—X分布曲線，另外半邊在作圖時可按對稱原理補足。X(cm)0.000.400.701.101.601.902.102.402.603.00Vh(mV)6.0556.0255.9255.68755.17754.784.473.953.5652.8275B(mT)11.28511.22911.04310.6009.6508.9098.3317.3636.6445.270\ 121110丿8/、:/1\6/\6/5-3.0 -2.4 -1.9 -1.1 -0.40.4 1.1 1.9 2.4 3.05?測量通電螺線管軸向磁場分布。用長直通電螺線管軸線上磁感應強度的理論計算值作為標準值來校準或測定霍爾傳感器的靈敏度，（霍爾傳感器的靈敏度Kh值見儀器標注）調(diào)節(jié)Im為500mA，調(diào)節(jié)Is為3.00mA，測量螺線管拉桿上刻度尺為X=0cm開始至X=28cm結(jié)束，且移動步長為1cm。儀器標注K『172mV/mA?TX(cm)0.001.002.003.004.005.006.007.008.00Vh(mV)0.59750.74751.38751.572.60752.84752.973.02753.0625B(mT)1.1581.4492.6893.0435.0535.5185.7565.8675.93510.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.003.0953.13.09753.13.083.063.022.952.8252.56255.9986.0086.0036.0085.9695.935.8535.7175.4754.96620.0021.0022.0023.002.02751.240.66250.58253.9292.4031.2841.129測量值9 10111213141516171819202122237 理論值【注意事項】確保實驗線路連接正確，切不可將lM電流接到樣品電流上去，否則有可能燒壞樣品！注意實驗中霍爾元件不等位效應的觀測，設法消除其對測量結(jié)果的影響。勵磁線圈不宜長時間通電，否則線圈發(fā)熱，會影響測量結(jié)果?；魻栐幸欢ǖ臏囟认禂?shù)，為了減少其自身發(fā)熱對測量影響，實驗時工作電流不允許超過其額定值5mA,（建議使用值：【s0~4mA）?！締栴}思考】遇到的主要的問題是誤差的處理是否需要考慮地磁場？不需要。地磁場過于微弱（50-60“T），對實驗產(chǎn)生的影響完全可以忽略,但如果周圍有產(chǎn)生強磁場的物體，比如變壓器，輸電線等，最好換更場地實驗使用了直流電，而且長時間使用裝置是否會影響實驗結(jié)果？有影響，但影響很小，愛廷豪森效應一熱電效應引起的附加電壓VE被證明無法消除，但可通過使用交流電減小誤差，即便使用直流電，在非大電流，非強磁場下，VH>>VE,因此VE可忽略不計實驗中本人將一空閑裝置啟動后單獨放置了半個小時左右，其讀數(shù)并未發(fā)生明顯的變化（約0.02mV）,但為了嚴謹，使用裝置時最好每十分鐘關機冷卻一分鐘以上記錄時需記錄VI、V2、V3、V4并求平均值過于麻煩，能否只用兩個電壓數(shù)據(jù)的平均值完成實驗？我們無法徹底消除誤差，但我們可以減小誤差，只要可以將其減小到我們可以接受的范圍，依舊可以算作排除了誤差影響，而用盡可能少的實驗操作減少誤差也是實驗的重點之一如果只使用兩個電壓的平均值(|Vl|+|V2|)/2=VH+VN+VrL+V(|Vl|+|V3|)/2=VH+VE(|V2|+|V4|)/2二VH+VE(|V3|+|V4|)/2=Vh-Vn-Vrl+V由②可以知道實驗時VE很小可以忽略，但另外兩個副效應對斜率造成的影響是否明顯呢？借助實驗數(shù)據(jù)，進行計算使用四個數(shù)據(jù)的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0123只使用VI、V2的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0182只使用VI、V3的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0121只使用V2、V4的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0125只使用V3、V4的平均值時，通過回歸法計算出k=2.0064斜率間相差不大，但仍有差異。其中，理論上在只使用VI、V3的平均值時、只使用V2、V4的平均值時計算出的斜率應與使用四個數(shù)據(jù)的平均值計算出的斜率相同，但事實上這兩個斜率不但和后者有差距，彼此間也有差異，原因在于忽視了儀器誤差出于嚴謹，不能只使用兩個電壓數(shù)據(jù)的平均值進行計算實驗中還有哪些未考慮到的誤差？會