实验十霍尔效应-物理实验教学中心-南京农业大学.pptVIP

* * 实验十 霍尔效应测磁场 南京农业大学物理实验中心 一. 实验简介 二. 预备知识 三. 设计思路 四. 操作指南 五. 基本要求 南京农业大学物理实验中心 一、实验简介 霍尔效应是一种磁电效应，是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 通过该实验可以了解霍尔效应的物理原理以及把物理原理应用到测量技术中的基本过程。 返回目录页 二、 预备知识： 霍尔效应 霍尔元件中的附加效应 返回目录页 霍尔效应 当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。 霍尔效应原理示意图参考教材P39-图10-1。 霍尔效应 霍尔电压UH与电流I和磁感应强度B及元件的厚度d的关系： 式中RH为霍尔系数，它与载流子浓度n和载流子电量q的关系： 若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则 返回 霍尔元件中的附加效应 在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效应的产生，在霍尔元件上测得的电压是各种附加电压叠加的结果。 附加电压：不等位电势、厄廷毫森效应、能斯特效应和里纪-勒杜克效应，它们相应的电压的正负与工作电流I和磁感应强度B的方向有关。(详细内容见教材P40) 返回 三、 设计思路： 由 可知，只要已知KH，用 仪器测出I和UH，则可求出磁感应强度B的大 小。 为了减小附加效应对测量霍耳电压UH的影响，我们采用对称测量法，即将I和B正反两个方向组合出四种情况： U1(+B,+I) 、U2(-B,+I)、 U3(+B,-I) 和U4(-B,-I) 霍尔电压的测量结果为： 返回目录页 四、操作指南 实验装置 操作要点 返回目录页 实验装置 返回 操作要点 将S3和S4打向正（或负），S5打向螺线管通打开电源开关，预热10分钟。 2. 将电源上的转换开关打向左边，调节“励磁电流调节电位器”，使励磁电流为IB=1000mA左右，对于这个电流值，在实验过程中要经常监测，通常不会有大的的变化，如果变化量超过5mA应随时调节。 3. 将转换开关打向右侧，调节工作电流调节电位器，使霍耳片的工作电流为IH=2.50mA（注意区分霍耳片工作电流和励磁电流IB）对于这个电流值，在实验过程中也要经常监测，通常不会有大的变化，如果变化量超过0.02mA,则应随时调节。 4. 将转换开关打向右侧，调节工作电流调节电位器，使霍耳片的工作电流为IH=2.50mA（注意区分霍耳片工作电流和励磁电流IB）对于这个电流值，在实验过程中也要经常监测，通常不会有大的变化，如果变化量超过0.02mA,则应随时调节。 5 . 测量霍耳片的霍耳灵敏度KH。通过测试台上的手轮 S，调节移动尺，使得读数窗下刻线所指示的标尺读 数为20.0cm，此时霍耳片处于螺线管中央，该出的磁 感应强度B可由式（10-10）求得，改变S3和S4的方 向，从电源上霍耳电压指示窗读取相应的4个电压值， 注意它们有正负之分，应连符号一起读取，由这四个 电压值，根据式（10-9）计算出相应的霍耳电压（注 意，以后测量任一点的霍耳电压都要采用与上面类似 的方法，即测得4个Ui在计算），并结合该处的B和 IH，求出霍耳片的霍耳灵敏度KH 6. 测量通电螺线管上的磁感应强度B，改变霍耳片的位 置，测出螺线管轴线上一系列位置的霍耳电压，并结 合KH和IH求出B，在螺线管中部附近，B随位置变化 不明显，相邻测量点间的距离可以适当大些，在螺线 管端部附近，B随位置变化比较明显，相邻测量点之间 的距离应小一些，测量范围可从+20cm至-5cm；例 如，可取测量位置为20.0cm，15.0cm，10.0cm， 5.0cm，4.0cm，3.0cm，2.0cm，1.0cm，0.0cm， -1.0cm，-2.0cm，-3.0cm，-4.0cm，-5.0cm等. 7. 测量左线圈L1单独通电时，其轴线上一系列位置的B，此时应