实验 霍尔效应

实验二 霍尔效应 1879年，霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时，发现了霍尔效应。目前，根据霍尔效应制成的传感器已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面。 一、 实验目的 1. 了解霍尔效应的实验规律。 2. 了解消除霍尔效应副效应的方法。 3. 学习作图法处理数据。 二、实验仪器 IL—IV型霍尔效应实验仪。 三、实验原理 1. 霍尔效应 如图1所示，一块长方形导电板，宽为L，厚为d，放于磁感应强度为B的磁场中，当导电板中通以纵向电流I时，在板的侧面3和4之间就呈现出一定的电势差 ，这一现象称为霍尔效应。 霍尔电势差由洛伦兹力引起，设导体板中的载流子电荷为q，其漂移速度为 ，当导电板通有电流时，定向运动的载流子在磁场中受洛伦兹力 的作用为 … …（1） 在洛伦兹力的作用下，导体板内的载流子将向板的4端移动，在3、4两侧面上分别积累正、负电荷，从而在3、4之间建立一个电场，其电场强度为 （2） 该电场给载流子施加一个电场力的作用 （3） 与洛伦兹力 方向相反。 随着3、4上电荷的积累而不断增大。当 时，就达到了动平衡。 （4） 由以上四式可得： （5） 将 与电流的关系 代入上式得霍尔电压为： （6） 其中 称为霍尔系数。 2. 副效应及其消除方法 实际情况比上述推导过程要复杂得多，因此，在此过程中，除霍尔效应外，还有其它一些副效应，实际测出的电压是霍耳效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。 1) 厄廷好森（Etinghausen）效应引起的电势差UE。由于电子实际上并非以同一速度v沿轴运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达4的侧面，从而导致4侧面较3侧面集中较多能量高的电子，结果3、4侧面出现温差，产生温差电动势UE。可以证明UE∝IB。 2) 能斯特（Nernst）效应引起的电势差UN。焊点1、2间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍耳效应类似，该热扩散电流也会在3、4点间形成电势差UN。若只考虑接触电阻的差异，则UN的方向仅与B的方向有关。 3) 里纪-勒杜克（Righi-Leduc）效应产生的电势差UR。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，也会在3、4点间形成温差电动势UR。UR的正负仅与B的方向有关，而与I的方向无关。 4) 不等电势效应引起的电势差U0。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能在同一条等势线上。因而只要有电流，即使没有磁场B，3、4两点间也会出现电势差U0。U0的正负只与电流I的方向有关，而与B的方向无关。 综上所述，在确定的磁场B和电流I下，实际测出的电压是霍耳效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。人们可以通过对称测量方法，即改变I和磁场B的方向加以消除和减小副效应的影响。在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 了电流IS和磁场B正、反方向后，可以测量出由下列四组不同方向的I和B组合的电压。通过上述测量方法，虽然不能消除所有的副效应，但考虑到UE较小，引入的误差不大，可以忽略不计，因此霍耳效应电压UH可近似为 当 正向、B正向时： = + + + + 当 负向、B正向时： =- - - + + 当 负向、B负向时： = - + - - 当 正向、B负向时： =- + - - - (7) 远远小于 忽略不计 仪器描述 IL—IV型霍尔效应实验组合仪由实验仪和测试仪两大部分组成。 1. 实验仪 实验仪由电磁铁、霍尔元件、 和 换向开关及VH、V0测量选择开关组成，结构图如图2所示。电磁铁规格为50 25，磁铁线包顺时针绕制。霍尔元件材料为N型半导体硅单晶片，霍尔片共有二对电极，（c、e）用于测量霍尔电压，（a、b）为工作电流电极。霍尔元件装在样品架上，样品架具有x、y调节功能及读数装置。 2. 测试仪 测试仪面板图如图3所示。 1）两组恒流源：“ 输出”为0 – l0 mA样品工作电流源，“ 输出”为0 –1 A励磁电流源。两组电流源彼此独立且均连续可调，由同—只数字电流表进行测量。 2）直流数字电压表：VH、V0通过切换开关由同一只数字电压表进行测量，当显示器的数字出现“—”，表示被测电压极性为负值。 四、实验 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及步骤 1. 连接线路：将测试仪面板上“ 输出”、“ 输出”和“VH、V0输入”三对接线柱分别与实验仪上的三对相应的接线柱正确连接；将 、 调节旋钮逆时针方向到底，使其输出电流趋于最小状态；请老师检查连接线路。 2. 接通电源，预热数分钟后，电流表显示“0.000”（当按下“测量选择”键时） 或“0.00”（放开“测量选择”键）。若电压表显示不为零，可通过面板左下调零电位器来凋整。（Vo——不等势电位，VH——在磁场中的霍尔电压） 3. “ 输出”与“ 输入”调节：将 及 换向闸刀掷向任—侧,按入显 ，放出显 ；“VH、V0输出”切换闸刀掷向任一侧。（“ 调节”和“ 调节”分别用来控制霍尔片工作电流和励磁电流的大小，其电流随旋钮顺时针方向转动而增加，调节的精度分别可达10 μA和l mA。 和 读数可通过“测量选择”按键开关来实现）。 4. 绘制 — 曲线: 保持B不变，即 一定，测量 随 的变化关系。 5. 绘制 — 曲线：保持 不变，测量 与 的变化关系。 6. 将“ 调节”和“ 调节旋钮逆时针方向旋到底，然后切断电源。 五、 注意事项 1. 若 调节电位器或 调节电位器起点不为零，将出现电流表指示末位数不为零，亦属正常。 2. 在实验过程中实验仪上的VH开关自始至终应保持闭合，否则VH显示为“1”或出现数字跳动现象。 3. 在改变 或霍尔元件位置过程中应断开实验仪上的 换向开关以防线包长时间通电而发热，导致霍尔元件升温影响实验结果。 4. 若电源线不接地则可能会出现数字跳动现象。“VH、V0输入”开路或输入电压>19.00 mV时电压表出现溢出现象 六、 实验数据及处理 表1 绘制 — 曲线数据表格（ ） /mA 2 3 4 5 6 7 8 开关 位置 开关 位置 /mV 表2 绘制 — 曲线数据表格（ ） 2 3 4 5 6 7 8 开关 位置 开关 位置 /mV 七、 思考 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1. 若VH显示为“1”或数字跳动应如何处理？ 2. 如何消除霍尔效应的副效应？ 3. 如何利用霍尔元件测绘电磁铁间隙磁场分布？ 仪器实物图 图1 霍尔效应原理 � EMBED Equation.3 ��� = � EMBED Equation.3 ���（� EMBED Equation.3 ���—� EMBED Equation.3 ��� +� EMBED Equation.3 ���—� EMBED Equation.3 ���）� EMBED Equation.3 ���� EMBED Equation.3 ���（� EMBED Equation.3 ���+� EMBED Equation.3 ��� +� EMBED Equation.3 ���+� EMBED Equation.3 ���） 图2 实验仪结构图 图3 测试仪面板图 霍尔效应实验总体图 霍尔效应实验总体图左边部分 霍尔效应实验总体图右边部分 _1234567921.unknown _1234567953.unknown _1234567969.unknown _1234567985.unknown _1234567993.unknown _1234567997.unknown _1234568001.unknown _1234568003.unknown _1234568005.unknown _1234568006.unknown _1234568004.unknown _1234568002.unknown _1234567999.unknown _1234568000.unknown _1234567998.unknown _1234567995.unknown _1234567996.unknown _1234567994.unknown _1234567989.unknown _1234567991.unknown _1234567992.unknown _1234567990.unknown _1234567987.unknown _1234567988.unknown _1234567986.unknown _1234567977.unknown _1234567981.unknown _1234567983.unknown _1234567984.unknown _1234567982.unknown _1234567979.unknown _1234567980.unknown _1234567978.unknown _1234567973.unknown _1234567975.unknown _1234567976.unknown _1234567974.unknown _1234567971.unknown _1234567972.unknown _1234567970.unknown _1234567961.unknown _1234567965.unknown _1234567967.unknown _1234567968.unknown _1234567966.unknown _1234567963.unknown _1234567964.unknown _1234567962.unknown _1234567957.unknown _1234567959.unknown _1234567960.unknown _1234567958.unknown _1234567955.unknown _1234567956.unknown _1234567954.unknown _1234567937.unknown _1234567945.unknown _1234567949.unknown _1234567951.unknown _1234567952.unknown _1234567950.unknown _1234567947.unknown _1234567948.unknown _1234567946.unknown _1234567941.unknown _1234567943.unknown _1234567944.unknown _1234567942.unknown _1234567939.unknown _1234567940.unknown _1234567938.unknown _1234567929.unknown _1234567933.unknown _1234567935.unknown _1234567936.unknown _1234567934.unknown _1234567931.unknown _1234567932.unknown _1234567930.unknown _1234567925.unknown _1234567927.unknown _1234567928.unknown _1234567926.unknown _1234567923.unknown _1234567924.unknown _1234567922.unknown _1234567905.unknown _1234567913.unknown _1234567917.unknown _1234567919.unknown _1234567920.unknown _1234567918.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown