用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告解讀

華南師范大學(xué)年級(jí).專業(yè)學(xué)院普通物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告年級(jí).專業(yè)學(xué)院普通物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期2011 年月姓名教師評(píng)定姓名教師評(píng)定實(shí)驗(yàn)題目用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)題目用霍爾效應(yīng)測(cè)量螺線管磁場(chǎng)用霍爾傳感器測(cè)量通電螺線管內(nèi)勵(lì)磁電流與輸出霍爾電壓之間關(guān)系證明霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比用通電長(zhǎng)直通電螺線管軸線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的理論計(jì)算值作為標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)校準(zhǔn)或測(cè)定霍爾傳感器的靈敏度，熟悉霍爾傳感器的特性和應(yīng)用；用該霍爾傳感器測(cè)量通電螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與螺線管軸線位置刻度之間的關(guān)系作磁感應(yīng)強(qiáng)度與位置刻線的關(guān)系圖，學(xué)會(huì)用霍爾元件測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。了解霍爾效應(yīng)現(xiàn)象，掌握其測(cè)量磁場(chǎng)的原理。學(xué)會(huì)用霍爾效應(yīng)測(cè)量長(zhǎng)直通電螺線管軸向磁場(chǎng)分布的方法。二實(shí)驗(yàn)原理圖1所示的是長(zhǎng)直螺線管的磁力線分布，有圖可知，其內(nèi)腔中部磁力線是平行于軸線的直線系，漸近兩端口時(shí)，這些直線變?yōu)閺膬啥丝陔x散的曲線，說(shuō)明其內(nèi)部的磁場(chǎng)在很大一個(gè)范圍內(nèi)是近似均勻的，僅在靠近兩端口處磁感應(yīng)強(qiáng)度才顯著下降，呈現(xiàn)明顯的不均勻性。根據(jù)電磁學(xué)畢奧-薩伐爾(Biot-Savat)定律，通電長(zhǎng)直螺線管線上中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：(1)理論計(jì)算可得，長(zhǎng)直螺線管軸線上兩個(gè)端面上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為內(nèi)腔中部磁感應(yīng)強(qiáng)度的

b端面=b端面=2b中心=2?耳^(2)L2+D2式中，R為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，真空中的磁導(dǎo)率*=4nx10-7（T.m/A）,N為螺線管的總匝數(shù)，/M為螺線管的勵(lì)磁電流，L為螺線管的長(zhǎng)度，D為螺線管的平均直徑。枷電勢(shì)差的消除應(yīng)該說(shuō)明，在產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的同時(shí)，因伴隨著多種副效應(yīng)（見附錄），以致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓并不等于真實(shí)的匕值，而是包含著各種副效應(yīng)引起的附加電壓，因此必須設(shè)法消除。根據(jù)副效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，采用電流和磁場(chǎng)換向的對(duì)稱測(cè)量法，基本上能夠把副效應(yīng)的影響從測(cè)量的結(jié)果中消除，具體的做法是/s和8（即.的大小不變，并在設(shè)定電流和磁場(chǎng)的正、反方向后，依次測(cè)量由下列四組不同方向的/s和B組合的A、A'兩點(diǎn)之間的電壓匕、v2sV2、和匕，即+Is+By1+/s-By2-Is-B匕-Is+B匕然后求上述四組數(shù)據(jù)匕、、、匕和匕絕對(duì)值的平均值，可得：y=叩+、+、+虹 （3）4通過(guò)對(duì)稱測(cè)量法求得的匕，雖然還存在個(gè)別無(wú)法消除的副效應(yīng)，但其引入的誤差甚小，可以略而不計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)儀器.FB510型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀；.FB510型霍爾效應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)儀（螺線管〉四?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟把FB510型霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀與FB510型霍爾效應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)儀（螺線管）正確連接。把勵(lì)磁電流接到螺線管九輸入端。把測(cè)量探頭調(diào)節(jié)到螺線管軸線中心，即刻度尺讀數(shù)為13.0cm處，調(diào)節(jié)恒流源2，使/s=4.00mA，按下（匕凡）（即測(cè)、），依次調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為/M=0?±500mA，每次改變±50mA,依此測(cè)量相應(yīng)的霍爾電壓，并通過(guò)作圖證明霍爾電勢(shì)差與螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。放置測(cè)量探頭于螺線管軸線中心，即13.0cm刻度處，固定勵(lì)磁電流±500mA，調(diào)節(jié)霍爾工作電流為：〈=0?±4.00mA，每次改變±0.50mA，測(cè)量對(duì)應(yīng)的霍爾電壓、，通過(guò)作圖證明霍爾電勢(shì)差與霍爾電流成正比。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為500mA，調(diào)節(jié)霍爾電流為4.00mA，測(cè)量螺線管軸線上刻度為X=0.0cm?13.0cm，每次移動(dòng)1cm，測(cè)各位置對(duì)應(yīng)的霍爾電勢(shì)差。(注意，根據(jù)儀器設(shè)計(jì),這時(shí)候?qū)?yīng)的二維尺水平移動(dòng)刻度讀數(shù)為：13.0cm處為螺線管軸線中心，0.0cm處為螺線管軸線的端面，找出霍爾電勢(shì)差為螺線管中央一半的數(shù)值的刻度位置。與理論值比較，計(jì)算相對(duì)誤差。按給出的霍爾靈敏度作磁場(chǎng)分布B?X圖。用螺線管中心點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度理論計(jì)算值，校準(zhǔn)或測(cè)定霍爾傳感器的靈敏度。五、數(shù)據(jù)處理1、證明霍爾電勢(shì)差(mV)與螺旋管內(nèi)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度成正比(Is=±4.00mA)。表1測(cè)繪％(mV)與IM(A)實(shí)驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)記錄表IMV1V2V3V4V=叩+或小叩(mV)H 4+B,+1S—B,+1S—B,—IS+B,—IS0.05

圖1，與Im關(guān)系曲線2、證明霍爾電勢(shì)差與霍爾電流成正比關(guān)系。表2V測(cè)繪\(mV)與IS(mA)實(shí)驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)記錄表(IM=±500mA)IVVVV=叩+K”小叩(mV)H 4+B,+1-B,+1-B,-1+B,-10.1000.2000.3000.4000.500

3、測(cè)量螺線管上每一刻度位置對(duì)應(yīng)的霍爾電勢(shì)。表3測(cè)繪B-X試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)記錄表(Zs=±4.00mA；ZM=+500mA)(KH=188mV/mA.T)X(cm)V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)R——Yh—+B，+lq-B,+1^-B,-