实验四霍尔效应测量磁场.docx_测量磁场资源-CSDN文库

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梧州学院学生实验报告

专业班级：学号：姓名：成绩：

实验课程：大学物理实验实验名称：霍尔效应测量磁场

实验组号：同组成员：

实验地点：普通物理实验室二实验时间：指导教师：

实验目的：1．学习利用霍尔效应测量磁感应强度 B 及磁场分布。

2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，研究霍尔片的 V

H

-I

S

(霍尔电压与工作电流)关系和

V

H

-I

M

(霍尔电压与励磁电流)关系。

3．测量直流螺线管内磁场的分布情况。

实验仪器：DH4512 霍尔效应实验测试仪，DH4512 霍尔效应螺线管实验架、双线圈实验架

实验原理：

1．霍尔效应原理

霍尔效应从本质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力

的作用而引起的偏转。如图 6-1 所示，磁场 B 位于 z 的正向，

与之垂直的半导体薄片上沿 x 正向通以电流 Is(称为工作电流)，

假设载流子为电子(N 型半导体材料)。由于洛仑兹力 f

L

作用，

电子即向图中虚线箭头所指的位于 y 轴负方向的 B 侧偏转，并

使 B 侧形成电子积累，而相对的 A 侧形成正电荷积累。随着电

荷积累的增加，反向电场力 f

E

增大，当两力大小相等，方向相

反时，则电子积累便达到动态平衡。这时在 A、B 两端面之间

建立的电场称为霍尔电场 E

H

，相应的电势差称为霍尔电势 V

H

。图 6-1

E L H H

f f eE evB E vB= Þ - = - Þ =

(6-1)

设霍尔元件宽度为 l，厚度为 d，载流子浓度为 n，则霍尔元件的工作电流为

S

I nevld=

(6-2)

由式(6-1)、(6-2)可得：

S S

H H H

1

I B I B

V E l R

ne d d

= = =

(6-3)

即霍尔电压 V

H

(A、B 间电压)与 Is、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度 d 成反比，比例系数

H

R

称为霍

尔系数。

当霍尔元件的材料和厚度确定时，设：

ned

1

d

R

K

H

H

��

(6-4)

将式(6-4)代入式(6-3)得：

H H S

V K I B=

(6-5)

式(6-5)中：

H

K

称为霍尔元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电

势大小，其单位是

mV/mA T×

。

2．直流螺线管的磁场

根据毕-萨定律，对于长度为 2L，匝数为 N，半径为 R 的螺线管离开中心点 x 处的磁感强度为

(6-6)

( ) ( )

0

1/ 2 1/ 2

2 2

2 2

2

nI

x L x L

B

R x L R x L

m

æ ö

+ -

ç ÷

= -

ç ÷

é ù é ù

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