用霍尔效应测量磁场.DOC

1、用霍尔效应测量磁场【目的要求】1. 了解霍尔效应的基本原理2. 学习用霍尔效应测量磁场【实验原理】如图 1 所示为一 n 型半导体材料制成的霍尔原件示意图。（1）Bfqv.（2）HEUa（3）Bf由（1） （2） （3）式可得：，而又有 ，故可得： ，又HvasInqv1HsUIBanqb得： （K H与半导体类型，载流子浓度，半导体厚度有关）1sUIBbsI根据上式，如果知道霍尔片的灵敏度 KH，只要测出 UH和 IS就可求出磁场。【实验器材】HTS 型螺线管磁场测试仪，【实验步骤】1. 测量霍尔电流 与霍尔电压 的关系，HIHU连接电路，让励磁电流 ，调节 从 0mA10.0mA 变化（每

2、隔 1mA 记录一0.5MIASI次数据） ，记录 与 ，并作出 的图像。HH2. 测量励磁电流与磁感应强度的关系连接电路，将霍尔原件放在螺线管的中间位置，让霍尔电流 ，调节励磁10.mSIA电流从 0A1A 之间变化（每隔 0.1A 记录一次数据） ，记录 与 ，并作出 HUMH的图像。MI3. 测量通电螺线管磁场沿水平方向的分布令 ， ，调节支架旋钮，使霍尔片从螺线管的一端慢慢往另一端0.5IA10mSI移动，直到霍尔片出螺线管，依次测量磁场在水平方向的分布。【数据处理】 （实验数据来自胡毓文）1. 测量霍尔电流 IS与霍尔电动势 UH的关系。其中 IM=0.500A，2.71/()HKm

3、VAkGs/SI0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00HU0.00 0.19 0.37 0.54 0.72 0.90 1.07 1.26 1.41 1.59 1.72/mV0.00 -0.14 -0.28 -0.43 -0.58 -0.73 -0.87 -1.04 -1.21 -1.38 -1.53H0.00 -0.17 -0.35 -0.53 -0.71 -0.89 -1.06 -1.25 -1.04 -1.58 -1.72/U0.00 0.15 0.29 0.44 0.59 0.74 0.89 1.05 1.20 1.

4、39 1.54HmV0.00 0.16 0.32 0.48 0.65 0.82 0.97 1.15 1.30 1.48 1.63根据上表可画出 图像，如图 2 所示。HI由图线可知：在磁场一定的情况下，霍尔电压与霍尔电流成正比。可算出：斜率 0.16KB把 代入上式2.7/()HmVAkGs可得：此时的磁感应强度 35.90T2. 测量励磁电流 与磁感应强度 B 的关系。I，10.SI2.71/()HVmAks/MIA0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000HUmV0.00 0.19 0.37 0.54

5、0.72 0.90 1.07 1.26 1.41 1.59 1.72/0.00 -0.14 -0.28 -0.43 -0.58 -0.73 -0.87 -1.04 -1.21 -1.38 -1.53H0.00 -0.17 -0.35 -0.53 -0.71 -0.89 -1.06 -1.25 -1.04 -1.58 -1.72/UmV0.00 0.15 0.29 0.44 0.59 0.74 0.89 1.05 1.20 1.39 1.54H0.00 0.16 0.32 0.48 0.65 0.82 0.97 1.15 1.30 1.48 1.633/10SBTKI0.00 5.94 11.8

6、 17.7 24.0 30.3 35.8 42.4 48.0 54.6 60.1由图像可知，磁感应强度大小与励磁电流成正比。3. 测量通电螺线管内部磁场分布。其中 IM=0.500A， 10.SImA2.71/()HKVmAkGs/xcm0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00 8.00HUV0.63 0.83 1.03 1.06 1.28 1.38 1.49 1.59 1.60 1.62 1.64/-0.68 -0.87 -1.07 -1.29 -1.34 -1.44 -1.54 -1.61 -1.63 -1.67 -1.64H-0.

7、62 -0.85 -1.02 -1.11 -1.27 -1.39 -1.49 -1.58 -1.59 -1.63 -1.64/UmV0.67 0.88 1.07 1.24 1.34 1.44 1.54 1.61 1.62 1.67 1.65H0.65 0.86 1.05 1.18 1.31 1.41 1.52 1.61 1.61 1.65 1.643/10SBTKI2.40 3.17 3.87 4.35 4.83 5.20 5.61 5.94 5.94 6.09 6.05xcm16.00 24.00 25.00 26.00 26.50 27.00 27.20 27.40 27.60 27.80

8、 28.00/HUV1.66 1.67 1.63 1.63 1.59 1.52 1.43 1.34 1.19 1.05 0.80-1.64 -1.61 -1.59 -1.57 -1.48 -1.38 -1.28 -1.21 -1.07 -0.89 -0.68/H-1.66 -1.66 -1.63 -1.62 -1.59 -1.51 -1.41 -1.34 -1.17 -1.02 -0.79UmV1.64 1.62 1.59 1.57 1.47 1.39 1.30 1.22 1.06 0.90 0.68/H1.65 1.64 1.61 1.60 1.53 1.45 1.36 1.28 1.12

9、0.96 0.743/10SBTKI6.09 6.05 5.94 5.90 5.65 5.35 5.02 4.72 4.13 3.54 2.73由图可知，通电螺线管内部磁场接近不变，而在进和出螺线管出的磁场变化很快。【误差分析】（1） 存在热磁效应产生误差。（2） 霍尔片不一定能完全沿螺线管的轴线运动带来一定的误差，（3） 霍尔片不能完全与磁感应强度方向垂直可引起误差。【说明】（1） 要能用霍尔效应判断霍尔片属于 P 型半导体材料还是 n 型半导体材料（2） 励磁电流与霍尔电流不能接反。（3） 在第 1 个步骤当中，如果给定一个特斯拉计，则可算出霍尔原件的灵敏度。如果再给出霍尔原件的材料（可计算载流子浓度与单个载流子电荷量）还可计算出霍尔片的厚度。（4） 作图时变化较大的区域应多取几个点，变化很小的区域可以少取些。（5） 注意在测量前，应先调零。