霍爾效應(yīng)論文

實用文檔霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用摘要：當(dāng)有電流通過它時，垂直于電流和磁場方向會產(chǎn)生一個附加的橫向電場，在導(dǎo)電板的兩側(cè)會產(chǎn)生一個電勢差?；魻栃?yīng)可以用帶電粒子在磁場中所受的洛侖力來說明。因為磁場使導(dǎo)體內(nèi)移動的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在兩側(cè)分別聚集了正、負(fù)電荷，形成電勢差。關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng)、磁強計、電磁流量計、磁流體發(fā)電機。愛德溫·霍爾1855年出生于美國的緬因州，畢業(yè)于約翰·霍普金斯大學(xué)。在那個年代，金屬中導(dǎo)電的機理還不清楚。麥克斯韋在《電磁學(xué)》一書中寫道：我們必須記住，推動載流導(dǎo)體切割磁力線的力不是作用在電流上…，在導(dǎo)線中，電流的本身完全不受磁鐵接近或其它電流的影響。

真是這樣嗎？1879年，24歲的霍爾在撰寫物理學(xué)博士論文期間對麥克斯韋的理論進(jìn)行驗證式實驗時發(fā)現(xiàn)，位于磁場中的導(dǎo)體上出現(xiàn)了橫向電勢差，霍爾將他的這一發(fā)現(xiàn)寫成一篇名為“論磁鐵對電流的新作用”

的論文，發(fā)表在《美國數(shù)學(xué)雜志》上。這種“新作用”就是后來被人們稱作的“霍耳效應(yīng)”。BdbIBdbI圖1A’′A設(shè)導(dǎo)電板內(nèi)定向移動電荷的平均定向移動為，它們在磁場中受到的洛侖茲力為。當(dāng)之間形成電勢差后，電荷還受到一個相反方向的電場力（E為電場強度，b為導(dǎo)電板的寬度，如圖1），最后達(dá)到穩(wěn)恒狀態(tài)時，兩個力平衡：。以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻柧€性器件的精度高、線性度好。因此，近年來，霍爾效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域如測量技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)等得到廣泛應(yīng)用?；魻栃?yīng)原理的應(yīng)用常見的有：磁強計、電磁流量計、磁流體發(fā)電機等。一．磁強計cBdaIbd圖2L磁強記是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強度B的儀器。其原理可解釋為：如圖2所示，一塊導(dǎo)體接上a、b、c、d四個電極，將導(dǎo)體放在勻強磁場之中，a、b間通以電流IcBdaIbd圖2L設(shè)c、d間電勢差達(dá)到穩(wěn)定，則U=EL，此時導(dǎo)電的自由電荷受到的電場力與洛倫茲力相平衡，Eq=qvB，式中v為自由電荷的定向移動速度。由此可知，。設(shè)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，則電流I=nqsv，式中S為導(dǎo)體橫截面積，S=Ld。因此，由此可知B∝U。這樣只要將裝置先在已知磁場中定出標(biāo)度，就可通過測定U來確定B的大小了。二．電磁流量計××××a××××Bd×××××××××v××××b××××圖3電磁流量計根據(jù)霍爾效應(yīng)其原理可解釋為：如圖3所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動。導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差。當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定。由qvB=Eq=××××a××××Bd×××××××××v××××b××××圖3三．磁流體發(fā)電機RAB等離子束圖4NS磁流體發(fā)電機所依據(jù)的基本原理就是霍爾效應(yīng)。如圖4所示，等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差。設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子氣體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢。此時離子受力平衡：RAB等離子束圖4NS霍爾效應(yīng)不但在日常生活中有重要用途，而且在超低溫，超導(dǎo)，納米材料等高科技研究中也有廣泛應(yīng)用。相信，只要我們對霍爾效應(yīng)進(jìn)行更深入的研究，就一定能利用霍爾效應(yīng)更多的為人類造福。參考書目：1、《電磁學(xué)》，張玉民