用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告 doc

【最新整理，下载后即可编辑】实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：一、实验室名称：霍尔效应实验室二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场三、实验学时：四、实验原理：（一）霍耳效应现象将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B 的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y 方向）垂直。

如在薄片的横向（X 方向）加一电流强度为H I 的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。

如图1所示，这种现象称为霍耳效应，H U 称为霍耳电压。

霍耳发现，霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比，与磁场方向薄片的厚度d 反比，即d BI RU H H =（1）式中，比例系数R 称为霍耳系数，对同一材料R 为一常数。

因成品霍耳元件（根据霍耳效应制成的器件）的d 也是一常数，故d R /常用另一常数K 来表示，有B KI U H H = （2）式中，K 称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。

如果霍耳元件的灵敏度K 知道（一般由实验室给出），再测出电流H I 和霍耳电压H U ，就可根据式HH KI U B =（3）算出磁感应强度B 。

图 1霍耳效应示意图图2 霍耳效应解释（二）霍耳效应的解释现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。

当沿X 方向通以电流H I 后，载流子（对N 型半导体是电子）e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B 的磁场中，电子将受到洛仑兹力的作用，其大小为evB f B =方向沿Z 方向。

在B f 的作用下，电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E （见图2），它会对载流子产生一静电力E f ，其大小为H E eE f =方向与洛仑兹力B f 相反，即它是阻止电荷继续堆积的。

当B f 和E f 达到静态平衡后，有E B f f =，即b eU eE evB H H /==，于是电荷堆积的两端面（Z 方向）的电势差为vbB U H = （4）通过的电流H I 可表示为nevbd I H -=式中n 是电子浓度，得nebdI v H -=（5）将式（5）代人式（4）可得 nedBI U H H -= 可改写为B KI dBI RU H H H == 该式与式（1）和式（2）一致，neR 1-=就是霍耳系数。

华 南 师 范 大 学学院 普通物理 实验报告 年级 专业 实验日期 2011 年 月 姓名 教师评定 实验题目 用霍尔效应测量螺线管磁场用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。

一、实验目的1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。

2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

二、实验原理图1所示的是长直螺线管的磁力线分布，有图可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的，仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降，呈现明显的不均匀性。

根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22M DL I N B +••μ=中心 （1）理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T·m/A)，N 为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。

附加电势差的消除应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应（见附录），以致实验测得的电压并不等于真实的V H 值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。

根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除，具体的做法是Is 和B (即l M )的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A′两点之间的电压V 1、 V 2、V 2、和V 4，即+Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 绝对值的平均值，可得：44321V V V V V +++= （3） 通过对称测量法求得的V H ，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以略而不计。

霍尔效应测量通电螺线管的磁场一、 实验目的1. 了解霍尔效应及其规律。

2. 了解和熟悉集成霍尔传感器的特性和应用。

3. 测定集成霍尔传感器的灵敏度。

4. 测量通电螺线管内的磁场分布。

二、 实验仪器ICH-1新型螺线管磁场测定仪。

ICH-1新型螺线管磁场测定仪的测量范围为-67〜+67111T,灵敏度为31.3±1.3V/T,由SS95A 型集 成霍尔传感器探测棒、螺线管、直流恒流电源（0〜0.5A ）、直流稳压电源（2.4〜2.6 V 和4.8〜5.2 V 两档）、 数字电压表（19.999 V 和1999.9mV 两档）、双刀换向开关和单刀换向开关各一个、导线若干组成。

三、 实验原理1. 霍尔效应1879年，美国物理学家E ・H •霍尔在实验中发现， 当有电流沿着垂直于磁场的方向通过导体或半导体 时，在垂直于电流和磁场方向，导体或半导体的两侧 之间会出现横向电势差，这种现象称为霍尔效应。

在 与电流及磁场垂直方向上产生的电势差称为霍尔电 势差（如图1所示）。

实验表明C/H =(心)IB = K n IB d其中，是产生的霍尔电势差，是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数称为霍尔系数，B 为磁 感应强度，/为流过霍尔元件的电流强度，K H 称为霍尔元件的灵敏度。

2. 霍尔传感器虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用（即5 = 0）时，霍尔电势差等于零（0）=0）,但实际实 验中用数字电压表测量时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等加工工艺以及附 加效应的影响，产生了附加电势差，该电势差称为剩余电压。

本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器，其霍尔元件结构见图2。

该传感器是一种高灵敏度集成霍尔 传感器，由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。

测量时输出信号大，并且剩余电压的影响 已被消除。

集成霍尔传感器有三根引线，分别是:“？+”、W 其中“叮'和“7”构成电流输入端，和构成电压输出端。

⼤学物理实验报告螺线管磁场的测量实验报告螺线管磁场得测量霍尔效应就就是导电材料中得电流与磁场相互作⽤⽽产⽣电动势得效应。

１879年美国霍普⾦斯⼤学研究⽣霍尔在研究⾦属导电机理时发现了这种电磁现象,故称霍尔效应。

后来曾有⼈利⽤霍尔效应制成测量磁场得磁传感器,但因⾦属得霍尔效应太弱⽽未能得到实际应⽤。

随着半导体材料与制造⼯艺得发展,⼈们⼜利⽤半导体材料制成霍尔元件，由于它得霍尔效应显著⽽得到实⽤与发展,现在⼴泛⽤于⾮电量得测量、电动控制、电磁测量与计算装置⽅⾯。

在电流体中得霍尔效应也就就是⽬前在研究中得“磁流体发电”得理论基础。

近年来,霍尔效应实验不断有新发现。

１９80年原西德物理学家冯·克利青研究⼆维电⼦⽓系统得输运特性,在低温与强磁场下发现了量⼦霍尔效应，这就就是凝聚态物理领域最重要得发现之⼀。

⽬前对量⼦霍尔效应正在进⾏深⼊研究,并取得了重要应⽤,例如⽤于确定电阻得⾃然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象得研究与应⽤中,霍尔效应及其元件就就是不可缺少得,利⽤它观测磁场直观、⼲扰⼩、灵敏度⾼、效果明显。

本实验采取电放⼤法,应⽤霍尔效应对螺线管磁场进⾏测量。

关键词：霍尔效应;霍尔元件;电磁场;磁场⼀、实验⽬得1、了解螺线管磁场产⽣原理。

2、学习霍尔元件⽤于测量磁场得基本知识。

３、学习⽤“对称测量法”消除副效应得影响,测量霍尔⽚得UH -IS(霍尔电压与⼯作电流关系)曲线与ＵH －IM，B－IM(螺线管磁场分布)曲线。

⼆、实验原理霍尔效应从本质上讲,就就是运动得带电粒⼦在磁场中受洛伦兹⼒得作⽤⽽引起得偏转。

当带电粒⼦(电⼦或空⽳)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流与磁场得⽅向上产⽣正负电荷在不同侧得聚积，从⽽形成附加得横向电场。

如图所⽰,磁场B位于Z轴得正向,与之垂直得半导体薄⽚上沿Ｘ轴正向通以电流ＩS(称为⼯作电流),假设载流⼦为电⼦(N型半导体材料),它沿着与电流IS相反得X轴负向运动。

霍尔效应测量螺线管磁场实验时间：2020年9月8日周二一、实验目的1、了解霍尔效应原理2、测绘霍尔元件的Vh-Is，Vh-I曲线，了解霍尔电势差Vh与霍尔元件工作电流Is，励磁电流I之间的关系及计算霍尔元件的灵敏度KHo3、利用霍尔效应测量螺线管磁场分布。

4、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

二、实验原理1、霍尔效应运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而偏转。

当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图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正向通以工作电流厶，假设载流子为电子(N型半导体材料)，它沿着与电流人相反的X负向运动。

洛伦兹力用矢量式表示为：f L =-e V• B式中e为电子电量，诺为电子运动平均速度，B为磁感应强度。

由于洛伦兹力内的作用，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。

与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力左的作用。

随着电荷积累量的增加，队增大,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A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场％,相应的电势差称为霍尔电势V H。

电场作用于电子的力为：即霍尔电压与Is，B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

当霍尔元件的厚度确定时，设：K H=R H /d = 1/ned(6)则(5)式可表示为：V H=K H I S B(7)K H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工作电流下的霍尔电压大小，其单位是［V/A-T}, 一般要求K"愈大愈好。

由于金属的电子浓度n很高，所以它的或K H都不大，因此不适宜作霍尔元件。

此外元件厚度d愈薄，V H愈高,所以制作时，往往釆用减少d的办法来增加灵敏度。

篇一：霍尔元件测磁场实验报告用霍尔元件测磁场前言：霍耳效应是德国物理学家霍耳（a.h.hall 1855—1938）于1879年在他的导师罗兰指导下发现的。

由于这种效应对一般的材料来讲很不明显，因而长期未得到实际应用。

六十年代以来，随着半导体工艺和材料的发展，这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。

利用半导体材料制成的霍耳元件，特别是测量元件，广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。

由于霍耳元件的面积可以做得很小，所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。

此外，还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。

近年来霍耳效应得到了重要发展，冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应，它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。

在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍耳器件，会有更广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对今后的工作将大有益处。

教学目的：1. 了解霍尔效应产生的机理，掌握测试霍尔器件的工作特性。

2. 掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。

3. 学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。

教学重难点： 1. 霍尔效应2. 霍尔片载流子类型判定。

实验原理如右图所示，把一长方形半导体薄片放入磁场中，其平面与磁场垂直，薄片的四个侧面分别引出两对电极（m、n和p、s），径电极m、n 通以直流电流ih，则在p、s极所在侧面产生电势差，这一现象称为霍尔效应。

这电势差叫做霍尔电势差，这样的小薄片就是霍尔片。

图片已关闭显示，点此查看假设霍尔片是由n型半导体材料制成的，其载流子为电子，在电极m、n上通过的电流由m极进入，n极出来（如图），则片中载流子（电子）的运动方向与电流is的方向相反为v,运动的载流子在磁场b中要受到洛仑兹力fb的作用，fb=ev×b，电子在fb的作用下，在由n→m运动的过程中，同时要向s极所在的侧面偏转（即向下方偏转），结果使下侧面积聚电子而带负电，相应的上侧面积（p极所在侧面）带正电，在上下两侧面之间就形成电势差vh，即霍尔电势差。

华南师范大学实验报告学生姓名 学 号 专 业 化学 年级、班级 课程名称 物理实验 实验项目 用霍尔效应测量螺线管磁场 实验类型 □验证 □设计 □综合 实验时间 2012 年 3 月 07 实验指导老师 实验评分一、实验目的：1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。

2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

二、 实验原理：根据电磁学毕奥－萨伐尔定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22M DL I N B +••μ=中心 （1）理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁 感应强度的1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T ·m/A)，N为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D 为螺线管的平均直径。

三、 实验仪器：1．FB510型霍尔效应实验仪 2．FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管）四、 实验内容和步骤：1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管）正确连接。

把励磁电流接到螺线管I M 输入端。

把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数为处，调节恒流源2,使I s =，按下(V H /V s )（即测V H ），依次调节励磁电流为I M =0~±500mA ，每次改变±50mA, 依此测量相应的霍尔电压，并通过作图证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。

2. 放置测量探头于螺线管轴线中心，即刻度处，固定励磁电流±500mA ，调节霍尔工作电流为：I s =0~±，每次改变±，测量对应的霍尔电压V H ，通过作图证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。

3. 调节励磁电流为500mA ，调节霍尔电流为，测量螺线管轴线上刻度为X =~，每次移动1cm ，测各位置对应的霍尔电势差。

竭诚为您提供优质文档/双击可除霍尔效应法测磁场实验报告篇一：物理实验报告3_利用霍尔效应测磁场实验名称：利用霍耳效应测磁场实验目的：a．了解产生霍耳效应的物理过程；b．学习用霍尔器件测量长直螺线管的轴向磁场分布；c．学习用“对称测量法”消除负效应的影响，测量试样的Vh?Is和Vh?Im曲线；d．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

实验仪器：Th－h型霍尔效应实验组合仪等。

实验原理和方法：1.用霍尔器件测量磁场的工作原理如下图所示，一块切成矩形的半导体薄片长为l、宽为b、厚为d，置于磁场中。

磁场b垂直于薄片平面。

若沿着薄片长的方向有电流I通过，则在侧面A和b间产生电位差Vh?VA?Vb。

此电位差称为霍尔电压。

半导体片中的电子都处于一定的能带之中，但能参与导电的只是导带中的电子和价带中的空穴，它们被称为载流子。

对于n型半导体片来说，多数载流子为电子；在p型半导体中，多数载流子被称为空穴。

再研究半导体的特性时，有事可以忽略少数载流子的影响。

霍尔效应是由运动电荷在磁场中收到洛仑兹力的作用而产生的。

以n型半导体构成的霍尔元件为例，多数载流子为电子，设电子的运动速度为v，则它在磁场中收到的磁场力即洛仑兹力为Fm??ev?bF的方向垂直于v和b构成的平面，并遵守右手螺旋法则，上式表明洛仑兹力F的方向与电荷的正负有关。

自由电子在磁场作用下发生定向便宜，薄片两侧面分别出现了正负电荷的积聚，以两个侧面有了电位差。

同时，由于两侧面之间的电位差的存在，由此而产生静电场，若其电场强度为ex，则电子又受到一个静电力作用，其大小为Fe?eex电子所受的静电力与洛仑兹力相反。

当两个力的大小相等时，达到一种平衡即霍尔电势不再变化，电子也不再偏转，此时，ex?bV两个侧面的电位差Vh?exb由I?nevbd及以上两式得Vh?[1/(ned)]Ib其中：n为单位体积内的电子数；e为电子电量；d为薄片厚度。

令霍尔器件灵敏度系数则Vh?IsVh?KhIb若常数Kh已知，并测定了霍尔电动势Vh和电流I就可由上式求出磁感应强度b的大小。

⼤学物理实验报告螺线管磁场的测量实验报告螺线管磁场得测量霍尔效应就就是导电材料中得电流与磁场相互作⽤⽽产⽣电动势得效应。

１879年美国霍普⾦斯⼤学研究⽣霍尔在研究⾦属导电机理时发现了这种电磁现象,故称霍尔效应。

后来曾有⼈利⽤霍尔效应制成测量磁场得磁传感器,但因⾦属得霍尔效应太弱⽽未能得到实际应⽤。

随着半导体材料与制造⼯艺得发展,⼈们⼜利⽤半导体材料制成霍尔元件，由于它得霍尔效应显著⽽得到实⽤与发展,现在⼴泛⽤于⾮电量得测量、电动控制、电磁测量与计算装置⽅⾯。

在电流体中得霍尔效应也就就是⽬前在研究中得“磁流体发电”得理论基础。

近年来,霍尔效应实验不断有新发现。

１９80年原西德物理学家冯·克利青研究⼆维电⼦⽓系统得输运特性,在低温与强磁场下发现了量⼦霍尔效应，这就就是凝聚态物理领域最重要得发现之⼀。

⽬前对量⼦霍尔效应正在进⾏深⼊研究,并取得了重要应⽤,例如⽤于确定电阻得⾃然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象得研究与应⽤中,霍尔效应及其元件就就是不可缺少得,利⽤它观测磁场直观、⼲扰⼩、灵敏度⾼、效果明显。

本实验采取电放⼤法,应⽤霍尔效应对螺线管磁场进⾏测量。

关键词：霍尔效应;霍尔元件;电磁场;磁场⼀、实验⽬得1、了解螺线管磁场产⽣原理。

2、学习霍尔元件⽤于测量磁场得基本知识。

３、学习⽤“对称测量法”消除副效应得影响,测量霍尔⽚得UH -IS(霍尔电压与⼯作电流关系)曲线与ＵH －IM，B－IM(螺线管磁场分布)曲线。

⼆、实验原理霍尔效应从本质上讲,就就是运动得带电粒⼦在磁场中受洛伦兹⼒得作⽤⽽引起得偏转。

当带电粒⼦(电⼦或空⽳)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流与磁场得⽅向上产⽣正负电荷在不同侧得聚积，从⽽形成附加得横向电场。

如图所⽰,磁场B位于Z轴得正向,与之垂直得半导体薄⽚上沿Ｘ轴正向通以电流ＩS(称为⼯作电流),假设载流⼦为电⼦(N型半导体材料),它沿着与电流IS相反得X轴负向运动。

实验报告螺线管磁场的测量霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。

1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。

后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。

随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。

在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

近年来，霍尔效应实验不断有新发现。

1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。

目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。

本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。

关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。

2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。

3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。

二、实验原理霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力的作用而引起的偏转。

当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流IS（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流IS相反的X轴负向运动。

由于洛伦兹力fL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。

实验报告螺线管磁场的测量霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。

1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这种电磁现象，故称霍尔效应。

后来曾有人利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。

随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。

在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

近年来，霍尔效应实验不断有新发现。

1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。

目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并取得了重要应用，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。

本实验采取电放大法，应用霍尔效应对螺线管磁场进行测量。

关键词：霍尔效应；霍尔元件；电磁场；磁场一、实验目的1.了解螺线管磁场产生原理。

2.学习霍尔元件用于测量磁场的基本知识。

3.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的UH -IS（霍尔电压与工作电流关系）曲线和UH -IM，B-IM（螺线管磁场分布）曲线。

二、实验原理霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力的作用而引起的偏转。

当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图所示，磁场B位于Z轴的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X轴正向通以电流IS（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流IS相反的X轴负向运动。

由于洛伦兹力fL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。

用霍尔效应测量螺线管磁场20112401075，陈史洁，化教6班实验八 用霍尔效应测量螺线管磁场用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。

一、实验目的1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。

2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

二、实验原理图1所示的是长直螺线管的磁力线分布，有图可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的，仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降，呈现明显的不均匀性。

根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22MD L I N B +••μ=中心（1）图理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T ·m/A)，N 为螺线管的总匝数，I M 为螺线管的励磁电流，L 为螺线管的长度，D为螺线管的平均直径。

附加电势差的消除应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应（见附录），以致实验测得的电压并不等于真实的V H 值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。

根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除，具体的做法是Is 和B (即l M )的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A ′两点之间的电压V 1、 V 2、V 2、和V 4，即 +Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 绝对值的平均值，可得：44321V V V V V +++=（3）通过对称测量法求得的V H ，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以略而不计。