霍尔效应法测量磁场

大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。

实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。

实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。

根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。

实验步骤：1. 连接实验仪器。

将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。

2. 调节电磁铁的电流。

通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。

3. 测量霍尔电压。

通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。

4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。

5. 绘制电流与霍尔电压的图线。

6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。

注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。

2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。

3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。

4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。

实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。

利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。

霍尔效应测磁场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。

【实验目的】1．霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用2．测绘霍尔元件的V H—Is，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B之间的关系。

3．学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。

4．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

【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不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。

如图13-1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），它沿着与电流Is相反的X负向运动。

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。

【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。

霍尔效应法测磁场实验报告霍尔效应法测磁场实验报告引言：磁场是我们日常生活中常常接触到的物理现象之一。

为了准确测量磁场的强度和方向，科学家们提出了多种方法和仪器。

本实验采用了霍尔效应法来测量磁场的强度，并通过实验数据分析和讨论，探究霍尔效应的原理和应用。

实验目的：1. 了解霍尔效应的基本原理和测量磁场的方法。

2. 掌握霍尔效应实验的操作步骤和数据处理方法。

3. 分析实验结果，验证霍尔效应的理论模型。

实验器材：1. 霍尔效应实验仪器：包括霍尔元件、电源、磁铁、直流电流源等。

2. 万用表：用于测量电流和电压。

实验步骤：1. 将霍尔元件连接到电源和万用表上，保证电路的正常工作。

2. 调节电源，使得通过霍尔元件的电流保持恒定。

3. 将磁铁靠近霍尔元件，并测量霍尔元件两侧的电压差。

4. 改变磁铁的位置和方向，多次测量电压差，并记录数据。

5. 根据实验数据，绘制电压差与磁场强度的关系曲线。

实验结果与分析：通过实验测量得到的电压差与磁场强度的关系曲线如下图所示。

曲线呈线性关系，即电压差与磁场强度成正比。

图1：电压差与磁场强度的关系曲线根据霍尔效应的原理，当电流通过霍尔元件时，磁场会引起霍尔元件两侧的电压差。

而电压差的大小与磁场的强度成正比。

因此，我们可以利用霍尔效应来测量磁场的强度。

实验中，我们改变了磁铁的位置和方向，多次测量了电压差。

通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 磁场的强度与电压差成正比：根据实验数据绘制的曲线可以看出，电压差随着磁场强度的增加而增加，两者呈线性关系。

2. 磁场的方向与电压差的正负有关：实验中我们发现，当磁铁的方向改变时，电压差的正负也会相应改变。

这说明电压差的正负与磁场的方向有关，电压差的正负可以用来判断磁场的方向。

3. 霍尔元件的材料和几何形状对实验结果有影响：在实验中，我们采用了一种特定的霍尔元件。

实际上，不同材料和几何形状的霍尔元件对实验结果可能会有一定的影响。

因此，在实际应用中，选择合适的霍尔元件也是非常重要的。

实验3.7 霍尔效应法测量磁场随着电子技术的不断发展，霍尔器件越来越得到广泛的应用。

霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且，随着实验电子技术的进展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面。

置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年在研究载流导体载磁场中受力性质时发现的一种电磁现象，后被称为霍尔效应。

【实验目的】1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2．掌握测试霍尔元件的工作特性的方法。

3．学习用霍尔效应测量磁场的方法。

4．学习用“对称测量法”消除副效应的影响。

5．描绘霍尔元件试样的V H− I S和V H− I M曲线。

6．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布，描绘B - X曲线。

【实验原理】1．霍尔效应法测量磁场原理霍尔效应从本质上讲是指运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起偏转的现象。

当带电粒子（电子或空穴）被约束在固定材料中时，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的聚积，从而形成附加的横向电场。

对于图3-20所示的半导体试样，若在X方向通以电流I S ，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A、A' 方向电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场—霍尔电场，电场的指向取决于试样的导电类型。

图3-20 霍尔效应法测量磁场原理显然，该电场阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受到的横向电场力eE H与洛伦兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有eE H （3-44）v eB其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电场方向上的平均漂移速度。

设试样的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则bd v ne I S = （3-45）由式（3-44）和式（3-45）可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1（3-46） 即霍尔电压V H （A 、A ′电极之间的电压）与I S B 乘积成正比，与试样厚度d 成反比。

实验41、用霍耳效应法测量磁场置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这称之为霍尔效应。

霍尔效应主要用于测定半导体材料电学参数、非电量电测自动控制等方面。

通过这个实验可以重点学习如下内容：1）测量磁场的霍尔效应法。

2）对称测量法。

3）霍尔效应仪的连接和调节。

【实验目的】1）了解产生霍尔效应的物理过程。

2）学会应用霍尔效应测量磁场的原理和方法。

【实验仪器】霍尔效应实验仪【实验原理】霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。

如图所示,一块长为,宽为，厚为的矩形半导体薄片（N型，载流子是电子，带负电），沿Y方向加上一恒定工作电流，沿X方向加上恒定磁场，就有洛仑兹力。

（1）式中：为运动电荷的电量；为电荷运动的速度，沿Z负方向。

在洛仑兹力的作用下，样品中的电子偏离原流动方向而向样品下方运动，并聚积在样品下方。

随着电子向下偏移，在样品上方会多出带正电的电荷（空穴）。

这样，在样品中形成了一个上正下负的霍尔电场，根据，在、面间便有霍尔电压。

当建立起来后，它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹力方向相反的电场力，其大小为。

随着电子在面继续积累，的电场力也逐渐增大，当两力大小相等（即）时，霍尔电场对电子的作用力与洛仑兹力相互抵消，电子的积累达到动态平衡，、间便形成一个稳定的霍尔电场，则有：（2）(3）设N型半导体的载流子浓度为，流过半导体样品的电流密度为（4）则（5）式中, 为半导体薄片的宽度；为半导体薄片的厚度，为载流子的电量。

将（5）式代入（3）式，并令，可得（6）式中称为霍尔系数，它是反应霍尔效应强弱的重要参量。

在实际应用中（6）式常写成（7）式中称为霍尔元件的灵敏度，单位mV/（mA·T）或mV/（mA·kGS）；为霍尔元件的工作电流（单位mA）；为垂直于半导体薄片的磁感应强度（单位T或kGS）。

若已测定，实验中测出样品的工作电流和霍尔电压，利用（7）式便可测得磁感应强度，即（8）半导体材料有N型（电子型）和P型（空穴型）两种，前者载流子为电子，带负电；后者载流子为空穴，带正电。

霍尔效应法测磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。

2、学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

3、掌握霍尔元件的特性和使用方法。

二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄片平面），当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电位差，这种现象称为霍尔效应。

这个横向电位差称为霍尔电压，用＄U_H$ 表示。

霍尔电压的大小与电流＄I$、磁感应强度＄B$ 以及薄片的厚度＄d$ 等因素有关，其关系式为：＄U_H ＝ K_H IB$其中，＄K_H$ 称为霍尔系数，它与半导体材料的性质有关。

2、用霍尔效应法测磁场若已知霍尔元件的灵敏度＄K_H$ ，通过测量霍尔电压＄U_H$ 和电流＄I$ ，就可以计算出磁感应强度＄B$ ：＄B ＝＼frac{U_H}｛K_H I}＄三、实验仪器霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。

四、实验步骤1、仪器连接（1）将霍尔效应实验仪的各个部件按照说明书正确连接。

（2）将直流电源、毫安表、伏特表等仪器与实验仪连接好。

2、调节仪器（1）调节直流电源的输出电压，使通过霍尔元件的电流达到预定值。

（2）调节特斯拉计，使其归零。

3、测量霍尔电压（1）在不同的磁场强度下，测量霍尔元件两端的电压。

（2）改变电流的方向，再次测量霍尔电压。

4、数据记录将测量得到的数据记录在表格中，包括电流、磁场强度、霍尔电压等。

五、实验数据及处理1、实验数据记录｜电流（mA）｜磁场强度（T）｜霍尔电压（mV）（正电流）｜霍尔电压（mV）（负电流）｜｜｜｜｜｜｜50|01|256|－258|｜50|02|512|－515|｜50|03|768|－771|｜100|01|512|－515|｜100|02|1024|－1028|｜100|03|1536|－1542|2、数据处理（1）计算每个测量点的平均霍尔电压：＄U_{H平均} ＝＼frac{U_{H正} ＋ U_{H负}｝｛2}＄（2）根据霍尔系数＄K_H$ 和平均霍尔电压、电流计算磁场强度：＄B ＝＼frac{U_{H平均}｝｛K_H I}＄3、绘制曲线以磁场强度为横坐标，霍尔电压为纵坐标，绘制霍尔电压与磁场强度的关系曲线。

实验十二 用霍尔效应测磁场实验目的1．了解霍尔效应的基本原理。

2．学习用霍尔效应测量磁场。

实验仪器HL —4霍尔效应仪，稳流电源，稳压电源，安培表，毫安表，功率函数发生器，特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。

实验原理1．霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场B 之中，磁场B （沿z 轴）垂直于电流I H （沿x 轴）的方向，如图4－14－1所示，则在导体中垂直于B 和I H 的方向上出现一个横向电位差U H ，这个现象称为霍尔效应。

这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。

霍尔效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。

还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。

用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。

霍尔电势差是这样产生的：当电流I H 通过霍尔元件（假设为P 型）时，空穴有一定的漂移速度v ，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力)(B v F ⨯=q B （4－14－1） 式中q 为电子电荷。

洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E ，直到电场对载流子的作用力F E =q E 与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即E B v q q =⨯)( （4－14－2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。

如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。

设P 型样品的载流子浓度为p ，宽度为b ，厚度为d 。

通过样品电流I H ＝pqvbd ，则空穴的速度v ＝I H ／pqvbd ，代入（4－14－2）式有pqbd BI E H =⨯=B v （4－14－3） 上式两边各乘以b ，便得到d B I R pqd B I Eb U H H H H === （4－14－4） pq R H 1=称为霍尔系数。

霍尔效应法测磁场的实验报告一、实验目的本实验旨在通过霍尔效应法测量不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出磁场的大小。

二、实验原理1. 霍尔效应当导体中有电流流过时，如果将另一个垂直于电流方向和导体面的磁场施加在导体上，则会产生一种称为霍尔效应的现象。

该效应表明，在垂直于电流方向和导体面的方向上，将会产生一个电势差，这个电势差就叫做霍尔电压。

2. 磁场大小计算公式根据霍尔效应原理，可以得到计算磁场大小的公式为：B = (VH/IR)×1/K其中，B表示磁场强度；VH表示测得的霍尔电压；I表示通过样品的电流；R表示样品材料的电阻率；K表示霍尔系数。

三、实验器材1. 万用表2. 稳压直流电源3. 磁铁4. 霍尔元件四、实验步骤及数据处理1. 将稳压直流电源接入到霍尔元件上，并设置合适的输出电压和输出电流。

2. 将磁铁放置在霍尔元件的两侧，使磁场垂直于霍尔元件的平面。

3. 测量不同磁场强度下的电压值，并记录数据。

4. 计算出每个电压值对应的磁场大小，并绘制磁场强度与电压之间的关系曲线。

5. 根据实验数据计算出样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行比较分析。

五、实验结果分析通过实验测量得到了不同磁场强度下的霍尔电压，根据计算公式可以得到相应的磁场大小。

绘制出了磁场强度与电压之间的关系曲线，可以看出二者呈现线性关系。

通过计算得到样品材料的电阻率和霍尔系数，可以发现不同样品材料具有不同的电阻率和霍尔系数，这也说明了不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的。

六、实验结论本次实验通过测量霍尔效应法测量了不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出了相应的磁场大小。

通过数据处理得到了样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行了比较分析。

实验结果表明，不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的，这也为磁场探测提供了一定的参考依据。

利用霍尔效应测量磁场的原理一、引言霍尔效应是一种用于测量磁场的重要原理，它利用了材料中的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的电势差来进行测量。

本文将详细介绍利用霍尔效应测量磁场的原理。

二、霍尔效应基础知识1. 霍尔效应定义霍尔效应是指当把一个导体置于外加磁场中时，在导体内部会形成一定大小和方向的电势差，这种现象称为霍尔效应。

2. 霍尔电压公式在一个宽度为w、长度为l、厚度为t的导体内，当通过该导体沿着x 轴方向有电流I流过时，如果该导体放置在磁感强度B垂直于x轴方向的外加磁场中，则在y轴方向会出现一个电势差VH。

其中，VH与I、B以及l、w和t之间存在如下关系：VH = RHB * I * B其中RHB称为霍尔系数或霍尔常数，它与材料有关。

3. 霍尔系数公式对于n型半导体材料而言，其霍尔系数RHB可表示为：RHB = 1/ne其中，n为半导体中的载流子浓度，e为电子电荷。

4. 霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于磁场测量、传感器、电子元件等领域。

其中，利用霍尔效应进行磁场测量是其最重要的应用之一。

三、利用霍尔效应测量磁场的原理1. 测量原理利用霍尔效应进行磁场测量的原理基于以下两个方面：（1）材料中载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生电势差；（2）在材料内部形成沿着磁场方向的电势差，在外部形成垂直于磁场方向的电势差。

根据这两个方面，可以通过将一个材料放置在外加磁场中，并通过测量该材料内部沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差来确定外加磁场强度大小和方向。

2. 测量步骤利用霍尔效应进行磁场测量需要按以下步骤进行：（1）选择合适的半导体材料：选择具有良好霍尔效应的半导体材料，如InSb、InAs等。

（2）制备霍尔元件：将半导体材料制成一定尺寸的薄片，然后在薄片上制作电极。

（3）放置在磁场中：将霍尔元件放置在外加磁场中，并通过电流源给霍尔元件提供一定大小的电流。

（4）测量电势差：通过两个电极间的电势差来测量沿着磁场方向和垂直于磁场方向的电势差，从而确定外加磁场强度大小和方向。

霍尔效应法测磁场的实验报告一、实验目的本实验旨在通过霍尔效应法测量磁场强度，并掌握霍尔效应的基本原理和测量方法。

二、实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是指在一个导体中，当有电流通过时，在该导体中产生横向磁场时，将会出现一种电势差，这种现象就称为霍尔效应。

该电势差与磁场强度、电流大小以及材料特性有关。

2. 霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应制造的元器件，它可以将磁场转化为电信号输出。

通常采用n型半导体材料制成，具有高灵敏度和线性度好等特点。

3. 测量方法利用霍尔元件可以测量磁场强度。

首先将待测磁场垂直于霍尔元件所在平面，然后通过调整外加直流电压的大小和方向，使得霍尔元件输出的电势差为零。

此时所加直流电压即为待测磁场强度。

三、实验器材1. 霍尔元件2. 直流稳压电源3. 万用表4. 磁铁5. 铜线四、实验步骤1. 将霍尔元件固定在试验台上，并将其与直流稳压电源和万用表连接好。

2. 将磁铁放置在霍尔元件旁边，调整其位置和方向，使得磁场垂直于霍尔元件所在平面。

3. 通过调整直流稳压电源的输出电压大小和方向，使得万用表读数为零。

此时所加直流电压即为待测磁场强度。

4. 更换不同大小的磁铁，重复以上步骤，记录不同磁场下的电势差和电流值。

五、实验结果分析1. 数据处理根据实验数据计算出不同磁场下的电势差和电流值，并绘制出它们之间的关系图。

通过拟合曲线可以得到待测磁场强度与输出电势差之间的函数关系式。

2. 实验误差分析在实际操作中，由于仪器精度、环境温度等因素的影响，可能会产生一定误差。

此时需要对数据进行处理，并考虑误差来源及其影响程度。

六、实验结论通过本次实验可以得出以下结论：1. 霍尔效应是一种将磁场转化为电信号输出的现象，其电势差与磁场强度、电流大小以及材料特性有关。

2. 利用霍尔元件可以测量磁场强度，通过调整外加直流电压的大小和方向，使得霍尔元件输出的电势差为零，此时所加直流电压即为待测磁场强度。

3. 在实际操作中，需要考虑仪器精度、环境温度等因素对实验结果的影响，并进行误差分析和数据处理。

图14—1 半导体中的霍尔效应（a ）N 型半导体 （b ）P 型半导体实验十四 用霍尔效应法测磁场分布测量磁场有许多方法，如霍尔效应法、感应法、冲击法和核磁共振法等。

选用什么方法取决于被测磁场的类型和强弱。

本实验主要介绍霍尔效应法。

它具有测量原理和方法简单、探头体积小、测量敏捷，并能直接连续读数等优点。

利用霍尔效应还可制成测量磁场的特斯拉计（又称高斯计），可测量半导体材料参数等。

[实验目的]1. 了解利用霍尔效应法测量磁场的原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。

2. 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测试霍尔器件的S H I V -和M H I V -曲线。

3. 测试螺线管内部的B —X （水平磁场分布）曲线。

[实验原理]1．霍尔效应将通有电流的半导体薄片置于匀强磁场中，如图14—1所示。

如果电流I 沿X 方向，磁场B 沿Z 方向，则在y 方向上的两截面（M ，N ）间就会有电位差出现，这种现象是霍尔在1879年发现的，故称霍尔效应。

横向电位差V H 称为霍尔电压。

该半导体薄片称为霍尔元件。

霍尔效应是运动载流子（电子或空穴）在磁场中受到洛仑兹力的作用而产生的。

2．霍尔电压V H 与外磁场B 的关系（特斯拉计原理）若霍尔元件为宽l ,厚h 的N 型半导体，如图14—1（a ）所示。

设电子的电荷为e ，速度为v ，它在磁场中受到的洛仑兹力F m = – e v ×B ,并指向M 面，造成电子流发生偏转，而有部分电子聚积于M 面上，使M ，N 之间建立了电场E ，该电场又对电子具有反方向的静电力F e =e E ，随着电子向M 侧继续积累，该电场也逐渐增强。

直到F e = – F m ，达到平衡，在M ，N 间形成稳定的霍尔电场E H 。

于是在霍尔片M ，N 间产生一稳定的电位差V H ，此即为霍尔电压。

这时：– e E H = F e = – F m = e v ×B E H = –v ×B当三者互相垂直时，霍尔电场为 E H = v B 并指向y 轴负向。

霍尔效应测磁场
霍尔效应测磁场是一种测量场的方法，用来测量物体的磁场强度。

它是根据一个名为霍尔的德国物理学家Hermann von Helmholtz的发现来命名的，他认为，如果一种具有或模拟磁力的物质被放置在铁的外壳的某一端，此外壳就会出现磁场和电流。

如果物质的或模拟的磁力发生变化，那么外壳就会呈现出不同的磁场和电流。

霍尔效应测磁场的工作原理
霍尔效应测磁场是一种磁力分析仪，它通过读取受磁影响的铁壳上的电流和电势，来测量物体的磁场强度。

它使用两个导线或一对磁芯来形成一个尔坚闭环，磁化量会在尔坚闭环中流动，这种磁化量在尔坚闭环的两个端口之间产生一个电压，可以通过测量这个电压来确定物体的磁力强度。

霍尔效应测磁场的应用
霍尔效应测磁场可以应用于仪器测量、舰船定位、金属检测、磁体的磁效应实验、交流和电动机的发现等领域。

它还可以被用于研究磁流变梯度和地磁场的变化，也可以测量物质的磁化量和磁矩。

霍尔效应测磁场的优点
霍尔效应测磁场具有准确度高，发射量小，速度快等优点，可以更快更准确地测量物体的磁场强度。

相比于传统的测量方法，可以实现较高的精度，而且能够更快更准确地测量物体的磁场强度。

此外，它还可以节约能源，因为它不需要给物体施加额外的磁力，而只需要测量物体本身的磁化量。

结论
霍尔效应测磁场是一种常见的测量方法，它可以应用于仪器测量，舰船定位，金属检测，磁体的磁效应实验，交流和电动机的发现等领域，它具有准确度高，发射量小，速度快等优点，可以更快更准确地测量物体的磁场强度。

5.将将Is和Im调到最小，断开三个闸刀开关，关闭电源拆线收拾仪器。

数据处理及误差计算（报告）：8.007.006.005.004.003.002.001.000.001.002.003.004.005.006.007.001.81.61.41.210.80.60.40.20.1000.2000.3000.4000.5000.600原始实验数据粘贴处实验结果分析：1、当霍尔电压保持恒定，改变励磁电流时，测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加，通过作图发现二者之间也满足线性关系。

2、2、当励磁电流保持恒定，改变霍尔电流时，测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加，通过作图发现二者之间满足线性关系。

问题讨论：1、霍耳元件为什么要用半导体材料，而且要求做得很薄？霍尔电压是如何产生的？答：半导体材料的迁移率高，电阻率适中，是制造霍耳器件较理想的材料。

2、工作电流和磁场为什么要换向？实际操作时如何实现？答：为了把产生霍耳效应的时候所伴随的副效应的影响从测量的结果中消除。

实际操作时通过切换实验仪三组双刀开关改变电流和磁场的方向。

3、回答SI、MI、HU、U分别表示什么含义？SI、MI的作用分别是什么？答：SI表示样品工作电流；MI表示励磁电流；HU表示存在磁场时的霍耳电压；U表示在零磁场下的霍耳电压。

SI的作用是改变电流大小和方向，MI的作用是改变磁场的大小及方向。

4、霍耳效应有哪些应用？答：在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器。

5、如何精确测量霍耳电压？本实验采用什么方法消除各种附加电压？答：设法消除产生霍尔效应时伴随的多种副效应。

本实验采用电流和磁场换向的所谓对称测量法。

6、磁场不恰好与霍耳片的法线一致，对测量结果有何影响？答：磁场不与霍尔片垂直，只有其法向分量能起作用，即霍尔片产生的霍尔电压会减小。

实验 16 用霍尔效应法测量磁场在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范围可从 10 15 ~ 103 T（特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。

常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。

一般地，霍尔效应法用于测量 10 4 ~ 10 T 的磁场。

此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。

但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。

用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显著的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（ N 型或 P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。

如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，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尔器件，将有更为广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。

【实验目的】1.了解霍尔效应产生的机理。

2.掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。

3.学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。

4.研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。

【仪器用具】TH-H/S 型霍尔效应 /螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。

【实验原理】1.霍尔效应产生的机理置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879 年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。

特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。

霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。

霍尔效应法测量磁感应强度的原理一、引言霍尔效应法是一种测量磁场强度的方法，它基于霍尔效应的原理。

霍尔效应是指当一个导体带电流时，如果将其放置在一个磁场中，那么在导体两侧会产生一定的电势差。

这个现象被称为霍尔效应。

利用这个原理可以测量磁场强度。

二、霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应测量磁场强度的重要部件。

它通常由半导体材料制成，具有一个矩形形状的平面结构。

在这个结构中，有一条电流引线和两个电压引线。

三、工作原理当电流通过霍尔元件时，会在其上产生一个横向的电场E。

如果将它放置在一个垂直于该平面的磁场B中，则由于洛伦兹力作用，载流子将会偏移，并且在元件两侧产生一个电势差VH。

VH=RHIB其中RH被称为霍尔系数，I为电流，B为磁感应强度。

因此，在给定的电流下，可以通过测量VH来计算出B。

四、实验步骤1.连接电路：将霍尔元件连接到电路中，使其处于一个恒定的电流下。

2.调整磁场：调整磁场强度和方向，使其垂直于霍尔元件的平面。

3.测量电势差：使用万用表测量霍尔元件两侧的电势差VH。

4.计算磁感应强度：根据公式VH=RHIB，计算出磁感应强度B。

五、误差分析在实际测量中，可能会存在一些误差。

其中最主要的误差来自于霍尔系数的不确定性。

这个系数是由材料和工艺决定的，不同的元件可能会有不同的值。

此外，在实验过程中还可能存在一些温度漂移和电源稳定性等问题。

六、应用领域霍尔效应法广泛应用于磁场测量、位置检测、速度检测等领域。

例如，在机械加工中，可以利用霍尔效应来检测刀具位置和转速；在汽车行业中，可以利用霍尔效应来检测轮速和转向角度等信息。

七、总结霍尔效应法是一种简单而有效的测量磁场强度的方法。

它基于霍尔效应的原理，利用霍尔元件来测量电势差，从而计算出磁感应强度。

在实际应用中，需要注意一些误差来源，同时可以将其应用于多个领域中。