下载文档原格式
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。
霍尔效应法测量螺线管磁场分布霍尔效应法测量螺线管磁场分布1879年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时发现了一种电磁现象，此现象称为霍尔效应，半个多世纪以后，人们发现半导体也有霍尔效应，而且半导体霍尔效应比金属强得多。
近30多年来，由高电子迁移率的半导体制成的霍尔传感器已广泛用于磁场测量和半导体材料的研究。
用于制作霍尔传感器的材料有多种:单晶半导体材料有锗，硅；化合物半导体有锑化铟，砷化铟和砷化镓等。
在科学技术发展中，磁的应用越来越被人们重视。
目前霍尔传感器典型的应用有：磁感应强度测量仪(又称特斯拉计)，霍尔位置检测器，无接点开关，霍尔转速测定仪，100A-2000A大电流测量仪，电功率测量仪等。
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年德国冯·克利青教授在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是近年来凝聚态物理领域最重要发现之一。
目前对量子霍尔效应正在进行更深入研究，并取得了重要应用。
例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测定光谱精细结构常数等。
通过本实验学会消除霍尔元件副效应的实验测量方法，用霍尔传感器测量通电螺线管内激励电流与霍尔输出电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；了解和熟悉霍尔效应重要物理规律,证明霍尔电势差与霍尔电流成正比；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.实验原理1．霍尔效应霍尔元件的作用如图1所示.若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直作用于该半导体,则电子流方向由于洛伦茨力作用而发生改变，该现象称为霍尔效应，在薄片两个横向面a 、b 之间与电流I ，磁场B 垂直方向产生的电势差称为霍尔电势差.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仑兹力)(B v q F B⨯= （1）式中q 为电子电荷，洛仑兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以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 ＝qE 与磁场作用的洛仑兹力相抵消为止，即qE B v q =⨯)( （2）这时电荷在样品中流动时不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告总结
本次实验旨在通过霍尔效应测量螺线管磁场的强度，并探究霍尔效应的原理和应用。
实验过程中，我们使用了霍尔元件、电源、万用表等仪器，通过调节电源电压和螺线管的电流，测量了不同位置的霍尔电压，并计算出了螺线管磁场的强度。
实验中，我们首先了解了霍尔效应的基本原理。
霍尔效应是指在导体中，当有磁场作用时，电子在导体中运动时会受到洛伦兹力的作用，从而在导体的一侧产生电势差，这种现象就是霍尔效应。
霍尔效应的应用非常广泛，例如在电子学中，可以用霍尔元件来测量磁场的强度；在材料科学中，可以通过霍尔效应来研究材料的电学性质等。
接着，我们进行了实验操作。
首先，我们将霍尔元件固定在一块绝缘板上，并将电源和万用表连接到霍尔元件上。
然后，我们调节电源电压和螺线管的电流，测量了不同位置的霍尔电压，并记录下来。
在实验过程中，我们发现霍尔电压与磁场的强度成正比，与电流和电压无关。
因此，我们可以通过测量霍尔电压来计算出磁场的强度。
我们对实验结果进行了分析。
通过计算，我们得出了螺线管磁场的强度，并发现其与理论值相符合。
这说明我们的实验操作正确，结果可靠。
同时，我们还探究了霍尔效应的应用，发现它在电子学、材料科学等领域都有着重要的应用价值。
本次实验通过霍尔效应测量螺线管磁场的强度，探究了霍尔效应的原理和应用。
通过实验操作和结果分析，我们深入了解了霍尔效应的基本原理和应用价值，对于今后的学习和研究具有重要的意义。
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。
研胳wZprtf霍尔效应法测量螺线管磁场实验报告【实验目的】1•了解霍尔器件的工作特性。
2•掌握霍尔器件测量磁场的工作原理。
3•用霍尔器件测量长直螺线管的磁场分布。
4.考查一对共轴线圈的磁耦合度。
【实验仪器】长直螺线管、亥姆霍兹线圈、霍尔效应测磁仪、霍尔传感器等。
【实验原理】1•霍尔器件测量磁场的原理图1霍尔效应原理如图1所示，有—N型半导体材料制成的霍尔传感器，长为L,宽为b,厚为d，其四个侧面各焊有一个电极1、2、3、4。
将其放在如图所示的垂直磁场中，沿3、4两个侧面通以电流I，则电子将沿负I方向以速ur ir u度运动，此电子将受到垂直方向磁场B的洛仑兹力F m ev e B作用，造成电子在半导体薄片的1测积累urn过量的负电荷，2侧积累过量的正电荷。
因此在薄片中产生了由2侧指向1侧的电场E H，该电场对电子ur uuu uir n ir的作用力F H eE H，与F m ev e B反向，当两种力相平衡时，便出现稳定状态，1、2两侧面将建立起稳定的电压U H，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压叫霍尔电压U H , 1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。
如果半导体中电流I是稳定而均匀的，可以推导出式中，R H为霍耳系数，通常定义K H R H /d ,由R H和K H的定义可知，对于一给定的霍耳传感器，R H和K H有唯一确定的值，在电流I不变的情况下,U H R HU H满足：世K H IB , dK H称为灵敏度。
研島加吋与B有一一对应关系。
2•误差分析及改进措施由于系统误差中影响最大的是不等势电势差，下面介绍一种方法可直接消除不等势电势差的影响，不用多次改变B、丨方向。
如图2所示，将图2中电极2引线处焊上两个电极引线5、6,并在5、6间连接一可变电阻，其滑动端作为另一引出线2, 将线路完全接通后，可以调节滑动触头2，使数字电压表所测电压为零，这样就消除了1、2两引线间的不等势电势差，而且还可以测出不等势电势差的大小。
霍尔效应和霍尔效应法测量螺线管线圈内的磁场霍尔效应是一种基于磁场和电场相互作用的物理现象，它可用于测量导体片中的电子浓度、电荷密度和磁场强度等参数。
在实际应用中，霍尔效应主要用于测量磁场强度，特别是在研究电流传输和电子器件中的磁场分布时。
常用的测量方法是通过将霍尔片置于磁场中，测量霍尔电压的大小和方向来确定磁场强度及其方向。
在测量螺线管线圈内的磁场时，最常用的方法是采用霍尔效应法。
测量时，将一个霍尔片置于螺线管线圈的中心，使其与磁场垂直。
当螺线管中有电流流过时，会产生一个稳定的磁场，霍尔片中的电子受磁场作用会分布在霍尔片表面，从而形成一个电荷层。
由于霍尔片的电阻极小，因此当磁场作用在电子上时，电子在霍尔片内部形成的电场可以产生一个微小的电压，即霍尔电压。
霍尔电压的大小与磁场强度成正比，并且具有极高的精度和稳定性，因此可以用来测量螺线管线圈内的磁场强度及其方向。
在实际应用中，霍尔效应法的测量精度受到许多因素的影响，例如霍尔片的材料、尺寸和温度等因素，以及测量电路的噪声和干扰等因素。
因此，在进行霍尔效应法测量时，需要采取一系列的措施来减小误差，提高测量精度。
一些工业和科研领域使用螺线管制造强磁场，例如MRI设备，核磁共振仪器以及磁力计等。
在这些设备中，螺线管的磁场强度和分布对设备的性能和精度有着重要的影响。
因此，对螺线管中磁场的测量具有重要的意义。
在螺线管中测量磁场时，使用霍尔效应法具有许多优点，例如测量精度高、对磁场分布的敏感性强、不需要接触对象、测量过程简便等。
但是，在实际应用中还需要考虑到许多不同的因素，例如霍尔片的选取、测量电路的搭建、磁场的影响等。
只有在全面考虑这些因素的情况下，才能够保证测量结果的准确性和可靠性。
用霍尔效应测量螺线管磁场
在物理学中，霍尔效应是一种重要的电学现象，它是由当电流通过一条带电体时在该体内部磁场的作用下产生的电压差所引起的。
此现象可用于精确测量磁场及用于测量导电性的材料的电子和空穴浓度。
在实际应用中，霍尔效应的测量原理可以被应用在测量螺线管磁场中。
螺线管被用于创建强磁场，通常用于 MRI、医学诊断和其他磁性物质的研究。
霍尔效应可通过测量设备中的磁场，确定螺线管的磁场大小。
在霍尔效应的测量中，一个带有霍尔元件的电路用于测量电压差。
电路通过螺线管并测量其中的磁场。
在此过程中，载流子被引导进入螺线管并在霍尔元件中产生电压差。
电压差取决于电路之间的磁场强度和载流子的密度。
在霍尔元件中，电流在由霍尔靴子和蓝宝石芯片构成的三维结构中流动。
当电流通过靴子时，在霍尔晶片上形成一个单独的电场强度，与磁场垂直。
在磁场和电场耦合的情况下，电子和空穴的流动方向相反，从而产生一个电压信号。
通过测量霍尔元件中的电压差，可以确定磁场的大小。
霍尔元件的电压大小仅取决于电流和磁场的强度，因此可以用于精确测量螺线管的磁场大小。
然而，在霍尔效应测量的实际应用中，存在一些问题。
例如，《美国物理学会》指出，电子和空穴浓度的变化、体积效应和噪音会影响测量结果的准确性。
另外，虽然霍尔效应可以用于测量静态磁场，但对于快速变化的磁场，该方法并不适用。
总的来说，霍尔效应是精确测量螺线管磁场的一种有效方法。
通过了解霍尔效应的基本原理和其应用，可以更好地理解螺线管和磁场的特性。
霍尔效应测量螺线管磁场实验报告实验报告：霍尔效应测量螺线管磁场
实验目的：
本实验旨在使用霍尔效应测量螺线管磁场，并掌握相关实验操作技能。
实验原理：
霍尔效应是指当导电物体的一端施加电场时，由于载流子受到电场力的作用，在导体内沿着垂直于电流的方向移动，在横向电场的作用下形成微小的电荷分布，从而产生横向电势差。
将霍尔电压、磁场强度和电流之间的关系绘制成图形后，可由其斜率计算出磁场强度。
实验设备：
本实验所用设备和器材如下：
1. 螺线管
2. 万用表
3. 磁场强度计
4. 接线板
5. 电源
实验步骤：
1. 先将电路接线板上的电极和万用表接好。
2. 将螺线管接上电源，拨至合适的电流强度。
3. 将磁场强度计放至螺线管附近，记录下磁场强度并调整为合
适的大小。
4. 测量不同磁场下的霍尔电压，记录数据。
5. 将数据绘制成图形，并计算出磁场强度与霍尔电压的关系。
实验结果：
我们将测得的数据绘制成如下图形，通过图形可知斜率为 1.0，因此磁场强度为1.0 T。
该结果与实验中测量的磁场强度相符。
实验结论：
通过本实验，我们成功使用霍尔效应测量了螺线管磁场，并得到了准确的结果。
同时，我们也掌握了霍尔效应的实验操作方法和技巧。
参考文献：
1. 霍尔效应及其应用。
北京：科学出版社，1997年。
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。
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.【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。
【实验仪器】霍尔效应组合实验仪一套【实验原理】1. 长直通电螺线管中心点磁感应强度理论值根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管轴线上中心点的磁感 应强度为：M 22μN I B L D∙∙=+中心 （1）螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为： M22μ1122N I B B L D∙∙==∙+端面中心 （2）式中，μ为磁介质的磁导率，真空中的磁导率()A /m T 10470∙⨯π=μ-，N 为螺线管的总匝数，M I 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。
2. 霍尔传感器灵敏度H K 计算方法：由于霍尔电压 H H S V K I B =∙∙ （3）因此： HH S V K I B=∙ （4） 由此推理，经定标后，霍尔元件作为磁测量探头，能简便、直观、快速地测量磁场的磁感应强度，还可以用于如压力，位移、转速等非电量测量，特别是可作为乘法器，用于功率测量等创新应用性实验，具有宽广的应用空间。
【实验内容与步骤】继电器换向开关的使用说明：单刀双向继电器的电原理如图1（a ）所示。
当继电器线包不加控制电压时，动触点与常闭端相连接；当继电器线包加上控制电压时，继电器吸合，动触点与常开端相连接。
实验架中，使用了三个双刀双向继电器组成三个换向开关，换向由接钮开关控制。
