用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告

霍尔效应测量螺线管磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、掌握用霍尔效应测量螺线管磁场的方法。

3、学会使用霍尔效应实验仪，并对实验数据进行处理和分析。

二、实验原理1、霍尔效应当电流 I 沿垂直于磁场 B 的方向通过导体时，在导体垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电位差 UH，这种现象称为霍尔效应。

霍尔电压 UH 与电流 I、磁感应强度 B 以及导体的厚度 d 等因素有关，其关系式为：UH ＝ KHIB/d，其中 KH 为霍尔元件的灵敏度。

2、螺线管磁场对于一个长直螺线管，其内部的磁场近似为均匀磁场，磁场强度 B 与电流 I、螺线管的匝数 N 和长度 L 有关，其关系式为：B ＝μ0nI，其中μ0 为真空磁导率，n ＝ N/L 为单位长度上的匝数。

三、实验仪器霍尔效应实验仪、螺线管、直流电源、数字电压表、毫安表等。

四、实验步骤按照实验电路图，将霍尔效应实验仪、螺线管、直流电源、数字电压表、毫安表等仪器正确连接。

2、调整仪器（1）将霍尔元件置于螺线管的中间位置，确保霍尔元件与螺线管的轴线平行。

（2）调节直流电源的输出电压，使通过螺线管的电流逐渐增大，观察数字电压表的读数变化，确保仪器正常工作。

3、测量霍尔电压（1）保持通过螺线管的电流不变，改变磁场方向（即改变电流方向），分别测量正、反向磁场下的霍尔电压 UH1 和 UH2，计算平均值UH ＝（UH1 ＋ UH2)／2，以消除副效应的影响。

（2）改变通过螺线管的电流 I，每次改变一定的值，测量对应的霍尔电压 UH，记录数据。

4、数据处理（1）根据测量数据，绘制 UH I 曲线。

（2）利用曲线的斜率和已知的霍尔元件灵敏度 KH，计算出螺线管内部的磁感应强度 B。

五、实验数据记录与处理｜通过螺线管的电流 I （mA) ｜霍尔电压 UH1 （mV) ｜霍尔电压UH2 （mV) ｜平均霍尔电压 UH （mV) ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 125 ｜－120 ｜ 1225 ｜｜ 20 ｜ 250 ｜－245 ｜ 2475 ｜｜ 30 ｜ 370 ｜－365 ｜ 3675 ｜｜ 40 ｜ 490 ｜－485 ｜ 4875 ｜｜ 50 ｜ 610 ｜－605 ｜ 6075 ｜2、绘制 UH I 曲线以通过螺线管的电流 I 为横坐标，平均霍尔电压 UH 为纵坐标，绘制 UH I 曲线。

霍尔效应测量螺线管磁场实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过霍尔效应测量螺线管中的磁场强度，进一步了解霍尔效应在磁场测量中的应用，加深对磁场的理解。

二、实验仪器和设备。

1. 螺线管。

2. 直流电源。

3. 示波器。

4. 霍尔元件。

5. 电阻箱。

6. 万用表。

三、实验原理。

当螺线管通以电流时，产生的磁场会使螺线管内的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在螺线管的两端产生电势差。

这种现象被称为霍尔效应。

利用霍尔效应，我们可以测量螺线管中的磁场强度。

四、实验步骤。

1. 将螺线管连接至直流电源，并调节电流强度为一定数值。

2. 将霍尔元件连接至示波器，观察示波器的显示情况。

3. 调节电流强度，使示波器显示出最大的霍尔电压信号。

4. 利用万用表测量霍尔电压和电流的数值。

5. 调节电流强度，重复步骤3和步骤4，记录不同电流强度下的霍尔电压和电流数值。

五、实验数据处理。

根据实验记录的霍尔电压和电流数值，利用公式计算出不同电流强度下的磁场强度，并绘制出磁场强度随电流强度变化的曲线图。

六、实验结果分析。

根据实验数据处理得到的曲线图，我们可以清晰地观察到螺线管中磁场强度随电流强度的变化规律。

通过分析曲线图，我们可以得出螺线管中磁场强度与电流强度之间的定量关系，进一步验证了霍尔效应在磁场测量中的应用。

七、实验结论。

本实验通过霍尔效应成功测量了螺线管中的磁场强度，得出了磁场强度与电流强度之间的定量关系。

实验结果符合霍尔效应的理论预期，验证了霍尔效应在磁场测量中的应用。

八、实验总结。

通过本次实验，我们进一步了解了霍尔效应在磁场测量中的应用，掌握了利用霍尔效应测量螺线管磁场的方法。

同时，实验中我们也发现了一些操作上的注意事项，对于今后的实验操作有了更加深入的认识。

九、参考文献。

1. 《霍尔效应在磁场测量中的应用》，物理学报，2008年。

2. 《霍尔效应测量螺线管磁场实验指导书》，XX大学物理实验室，2019年。

十、致谢。

感谢实验指导老师对本次实验的指导与帮助，让我们更加深入地了解了霍尔效应在磁场测量中的应用。

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。

700223霍尔效应法测螺线管磁场（实验23）霍⽿效应法测螺线管磁场实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的1.了解和熟悉霍尔效应的重要物理规律2.熟悉集成霍尔传感器的特性和应⽤，掌握测试霍尔效应器件的⼯作特性3.学习⽤霍尔效应测量磁场的原理和⽅法4.学习⽤霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布实验仪器FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪【⼆】实验原理及过程简述霍尔元件如图4-23-1所⽰。

若电流I流过厚度为d的半导体薄⽚，且磁场B垂直于该半导体，于是电⼦流⽅向由洛伦磁⼒作⽤⽽发⽣改变，在薄⽚两个横向⾯a，b之间应产⽣电势差，这种现象称为霍尔效应。

在与电流I、磁场B垂直⽅向上产⽣的电势差称为霍尔电势差，通常⽤UH 表⽰。

霍尔效应的数学表达式为：随着科技的发展，新的集成元件不断被研制成功。

本实验采⽤的SS95A型集成霍尔传感器，是⼀种⾼灵敏度集成化传感器，它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。

SS95A型集成霍尔传感器，他的⼯作电流已设定被称为标准，⼯作电流使⽤传感器时，必须使⼯作电流处在该标准状态，在实验室只要在磁感应强度为零条件下调节v＋v-所接的电源电压是输出电压为2.500伏，则传感器就可处在标准⼯作状态之下。

当螺线管内有磁场且集成霍尔传感器的标准⼯作电流时螺线管是由绕在圆柱⾯上的导线构成的，对于密绕的螺线管可以看成是⼀列有共同轴线的圆形线圈的并列组合，因此⼀个载流长直螺线管轴线上某点的磁感应强度，可以从对各圆电流在轴线上该点所产⽣的磁感应强度进⾏积分求和得到，对于⼀限长的螺线管，在距离两端等远的中⼼点磁感应强度为最⼤，且等于过程简述1.装置接线2.断开开关K2，调节使集成霍尔传感器达到标准化⼯作状态。

3.测量霍尔传感器的灵敏度4.测量通电螺线管中的磁场分布【三】实验数据处理及误差计算：5让风吹1.根据实验所测，描绘螺线管中间位置霍尔电势差与螺线管通电电流的关系；2.求出K/ 和r以及K；∴K’=0.4169V/Ar=13.计算通电螺线管内各处的磁感应强度（见数据记录纸）；4.描绘通电螺线管内磁感应强度B-x分布图；5.⽐较实验值与书上提供的技术指标，计算误差；【四】实验结果表达：对测量及计算的最终结果做出定量（定性）的总结，并回答书中对应思考题的问题。

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。

实验四 霍尔效应法测定螺线管磁场分布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，由于半导体材料的霍尔效应显著而得到了发展，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。

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．测绘霍尔元件的S H I -U ，M H I -U 曲线，了解霍尔电压H U 与霍尔元件工作电流S I ，霍尔电压H U 与励磁电流M I 之间的关系。

3．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。

4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

二、实验仪器螺线管磁场实验仪，电压表，电流表，电流源。

三、实验原理1．霍尔效应图4-1 霍尔效应霍尔效应从本质上讲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。

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两侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图4-1所示，磁场B 位于z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿x 正方向通以电流S I （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S I 相反的x 负向运动。

由于洛仑兹力L F 作用，电子向图中虚线箭头所指的y 轴负方向偏转，并使B 侧电子积累，A 侧正电荷积累，形成从A 到B 的电场，这个电场称为霍尔电场H E ，相应的电势差称为霍尔电压H U 。

此时，运动的电子受到向上的电场力E F 的作用，随着电荷的积累，E F 增大，当两力大小相等时，电子积累达到动态平衡。

设电子以平均速度v 向x 负方向运动（图1），在磁场B 的作用下，电子所受的洛仑兹力为B v e F L =式中，e 为电子电量，v 为电子漂移平均速度，B 为磁感应强度。

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。