磁場的測量教材

霍爾效應(yīng)法

測量磁場大學(xué)物理實驗主要內(nèi)容實驗原理實驗背景誤差消除操作指南基本要求實驗?zāi)康膶嶒灡尘?/p>

霍爾效應(yīng)是一種磁電效應(yīng)，是德國物理學(xué)家霍爾1879年研究載流導(dǎo)體在磁場中受力的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過該實驗可以了解霍爾效應(yīng)的物理原理以及把物理原理應(yīng)用到測量技術(shù)中的基本過程。返回目錄頁實驗?zāi)康?、了解霍爾效應(yīng)法測量磁場的原理和方法2、學(xué)習(xí)用“異號法”消除副效應(yīng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差3、測繪霍爾元件特性4、測量磁感應(yīng)強度B及磁場分布返回目錄頁實驗原理返回目錄頁霍爾元件中的附加效應(yīng)霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)

當(dāng)電流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)體時，在垂直于磁場B和電流方向IS的導(dǎo)體的兩個端面之間出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓UH）?；魻栃?yīng)原理示意圖如右示。霍爾效應(yīng)返回霍爾電壓UH與工作電流IS和磁感應(yīng)強度B及元件的厚度d的關(guān)系：式中RH為霍爾系數(shù)，它與載流子濃度n和載流子電量q的關(guān)系：若令霍爾靈敏度KH=RH/d，則霍爾元件中的附加效應(yīng)返回

在霍爾效應(yīng)建立的同時還會伴有其它附加效應(yīng)的產(chǎn)生，在霍爾元件上測得的電壓是各種附加電壓疊加的結(jié)果。附加電壓：不等位電勢U0、愛廷豪森效應(yīng)UE、能斯脫效應(yīng)UN和里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)US，它們相應(yīng)的電壓的正負(fù)與工作電流IＳ和磁感應(yīng)強度B的方向有關(guān)。(詳細(xì)內(nèi)容見補充講義或教材P182-183)“異號法”消除系統(tǒng)誤差

由可知，只要已知KH，用儀器測出IS和UH，則可求出磁感應(yīng)強度B的大小。為了減小附加效應(yīng)對測量霍耳電壓UH的影響，我們采用異號法，即將IS和B正反兩個方向組合出四種情況，Ｂ的方向決定于勵磁電流IM的方向：“異號法”消除系統(tǒng)誤差返回目錄頁當(dāng)＋I(xiàn)Ｍ，＋I(xiàn)Ｓ時，當(dāng)＋I(xiàn)Ｍ，－IＳ時，

當(dāng)－IＭ，－IＳ時，當(dāng)－IＭ，＋I(xiàn)Ｓ時，霍爾電壓的測量結(jié)果為：即：操作指南返回目錄頁

實驗裝置實驗方法與操作實驗裝置返回實驗內(nèi)容1、研究霍爾效應(yīng)及霍爾元件特性（1）研究UH

—IS之間的關(guān)系（2）研究UH—IM之間的關(guān)系（3）測量KH2、測量電磁鐵氣隙中磁感應(yīng)強度B的大小分布3、作圖

（1）

UH—IS關(guān)系曲線（2）UH—IM關(guān)系曲線（3）B—X

曲線實驗方法與步驟下頁按儀器面板提示連接電路，打開儀器電源，將霍耳元件調(diào)至電磁鐵氣隙內(nèi)的中心位置驗證UH與IS間的正比關(guān)系。勵磁電流IM調(diào)至500mA,調(diào)節(jié)工作電流IＳ由2.00至10.00mA，數(shù)據(jù)間隔1.00mA，改變勵磁電流和工作電流的方向，記錄U與IＳ填入數(shù)據(jù)草表。3.驗證UH與B間的正比關(guān)系。工作電流IS調(diào)至6.00mA,調(diào)節(jié)勵磁電流IM由100至500mA，數(shù)據(jù)間隔50mA，改變勵磁電流和工作電流的方向，記錄U與IM填入數(shù)據(jù)草表。實驗方法與步驟4、

測量霍爾靈敏度KH

調(diào)節(jié)勵磁電流為500mA，工作電流為10.00mA，可測量出B的大小為0.150T，分別測出U1、U2、U3、U4計算KH5、測量電磁鐵氣隙中B的大小及分布情況（1）將霍爾元件置于氣隙中心(25,15)，調(diào)節(jié)IM=500mA，IS=10.00mA，測量相應(yīng)的UH（2）水平方向移動霍爾元件由0mm到50mm每次間隔5mm，記錄U，利用公式計算各點B的大小，并繪出水平方向B-X圖形，顯示出B的分布狀態(tài)。返回基本要求

返回目錄頁思考與作業(yè)

數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄返回1.請按照實驗報告冊（乙）自畫草表記錄數(shù)據(jù)2.實驗數(shù)據(jù)測試完整后由實驗老師檢查簽字后方可離開實驗室思