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霍尔效应测磁场实验报告记录

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霍尔效应测磁场实验报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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HHKI 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nebd I 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。

五、实验目的：研究通电螺线管内部磁场强度六、实验内容：（一）测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分布情况，并与理论值相比较； （二）研究通电螺线管内部磁场强度与励磁电流的关系。

七、实验器材：霍耳效应测磁场装置，含集成霍耳器件、螺线管、稳压电源、数字毫伏表、直流毫安表等。

八、实验步骤及操作：（一）研究通电螺线管轴线上的磁场分布。

要求工作电流H I 和励磁电流N I 都固定，并让500=M I mA ，逐点（约12-15个点）测试霍耳电压H U ，记下H I 和K 的值，同时记录长直螺线管的长度和匝数等参数。

1．接线：霍尔传感器的1、3脚为工作电流输入，分别接“I H 输出”的正、负端； 2、4脚为霍尔电压输出，分别接“V H 输入”的正、负端。

螺线管左右接线柱（即“红”、“黑”）分别接励磁电流I M 的“正”、“负”，这时磁场方向为左边N 右边S 。

2、测量时应将“输入选择”开关置于“V H ”挡，将“电压表量程”选择按键开关置于“200” mV 挡，霍尔工作电流I H 调到5.00mA ，霍尔传感器的灵敏度为：245mV/mA/T 。

3、螺线管励磁电流I M 调到“0A ”，记下毫伏表的读数0V （此时励磁电流为0，霍尔工作电流H I 仍保持不变）。

4、再调输出电压调节钮使励磁电流为mA I M 500=。

5、将霍耳元件在螺管线轴线方向左右调节，读出霍耳元件在不同的位置时对应的毫伏表读数i V ，对应的霍耳电压0V V V i Hi -=。

霍尔传感器标尺杆坐标x =0.0mm 对准读数环时，表示霍尔传感器正好位于螺线管最左端，测量时在0.0mm 左右应对称地多测几个数据，推荐的测量点为x =-30.0、-20.0、-12.0、-7.0、-3.0、0.0、3.0、7.0、12.0、20.0、40.0、75.0mm 。

（开始电压变化快的时候位置取密一点，电压变化慢的时候位置取疏一点）。

6、为消除副效应，改变霍耳元件的工作电流方向和磁场方向测量对应的霍耳电压。

计算霍尔电压时，V 1、V 2、V 3、V 4方向的判断：按步骤（4）的方向连线时，I M 、I H 换向开关置于“O ”（即“+”）时对应于V 1（+B 、+I H ），其余状态依次类推。

霍尔电压的计算公式是V=（V 1-V 2+V 3-V 4）÷ 4 。

7、实验应以螺线管中心处（x ≈75mm ）的霍尔电压测量值与理论值进行比较。

测量B~I M关系时也应在螺线管中心处测量霍尔电压。

8、计算螺线管轴线上磁场的理论值应按照公式)cos (cos 2120ββμ-=nI B （参见教材实验16，p.152公式3-16-6）计算，即02222244μNI x L -xB L x D /(L -x)D /⎛⎫ ⎪=+⎪++⎝⎭理，计算各测量点的理论值，并绘出B 理论~x 曲线与B 测量~x 曲线，误差分析时分析两曲线不能吻合的原因。

如只计算螺线管中点和端面走向上的磁场强度，公式分别简化为022μNI B L D=+理、02224μNIB L D /=+理，分析这两点B 理论与实测不能吻合的原因。

9、在坐标纸上绘制B ~X 曲线，分析螺线管内磁场的分布规律。

（二）研究励磁特性。

固定H I 和霍耳元件在轴线上的位置（如在螺线管中心），改变M I ，测量相应的H U 。

将霍耳元件调至螺线管中心处（x ≈75mm ），调稳压电源输出电压调节钮使励磁电流在0mA 至600mA 之间变化，每隔100mA 测一次霍耳电压（注意副效应的消除）。

绘制M I ～B 曲线，分析励磁电流与磁感应强度的关系。

九、实验数据及结果分析：1、计算螺线管轴线上磁场强度的理论值B 理：实验仪器编号： 6 ，线圈匝数：N = 1535匝 ， 线圈长度：L = 150.2mm ，线圈平均直径：D = 18.9mm ，励磁电流：I = 0.500A ，霍尔灵敏度K = 245 mV/mA/Tx =L /2=75.1mm 时得到螺线管中心轴线上的磁场强度：)mT (37.60189.01502.00.500153510142.34224220=+⨯⨯⨯⨯=+=-DL NI μB ；x =0或x =L 时，得到螺线管两端轴线上的磁场强度：)mT (20.340189.01502.020.500153510142.3442224220=+⨯⨯⨯=+=-//D L NI μB ；同理，可以计算出轴线上其它各测量点的磁场强度。

2、螺线管轴线上各点霍尔电压测量值和磁场强度计算值及误差B 、I H 方向 x(mm) 零差(mV) -30.0 -20.0 -12.0 -7.0 -3.00.3.7.12.0 20.0 40.0 75.0+B 、+I H0.3-0.1 0.0 0.4 1.1 2.1 3.3 4.5 5.7 6.5 7.0 7.3 7.4 +B 、-I H -0.4 -0.8 -0.9 -1.4 -2.0 -3.1 -4.2 -5.4 -6.6 -7.3 -7.8 -8.0 -8.1 -B 、-I H -0.4 0.2 0.3 0.6 1.3 2.3 3.4 4.6 5.8 6.5 6.9 7.2 7.3 -B 、+I H0.3-0-0-1-1-2-3-5-6-7-7-7-8.4 .5 .0 .7 .7 .9 .1 .3 .1 .6 .8 .0V1(mV)-0.4-0.30.10.81.83.4.25.46.26.77.7.1V2(mV)-0.4-0.5-1.0-1.6-2.7-3.8-5.0-6.2-6.9-7.4-7.6-7.7V3(mV)0.60.71.1.72.73.85.6.26.97.37.67.7V4(mV)-0.7-0.8-1.3-2.0-3.0-4.2-5.4-6.6-7.4-7.9-8.1-8.3V H(mV)0.330.430.851.532.553.704.906.106.857.337.587.70B(mT)0.270.350.691.242.083.024.004.985.595.986.186.29B理(mT) 0.140.300.681.292.233.204.185.115.736.116.326.37B- B理(mT)0.120.040.01-0.05-0.15-0.18-0.18-0.14-0.13-0.13-0.14-0.09相对误差84.3%14.6%1.6%-3.8%-6.8%-5.7%-4.2%-2.6%-2.3%-2.1%-2.2%-1.3%3、不同励磁电流下螺线管中点霍尔电压测量值和磁场强度零差（I M=0.000A时）：V01= 0.3mV ，V02= -0.4mV ，V03= -0.4mV ，V04= 0.3mVI M (A)测量项目0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600V1(mV) 0.3 1.4 2.8 4.3 5.7 7.4 8.5 0.0 1.1 2.5 4.0 5.4 7.1 8.2V2(mV) -0.4 -1.5 -3.1 -4.6 -6.2 -8.1 -9.2 0.0 -1.1 -2.7 -4.2 -5.8 -7.7 -8.8V3(mV) -0.4 1.5 3.1 4.6 6.2 7.3 9.2 0.0 1.9 3.5 5.0 6.6 7.7 9.6V4(mV) 0.3 -1.7 -3.3 -5.0 -6.6 -8.0 -10.0 0.0 -2.0 -3.6 -5.3 -6.9 -8.3 -10.3V H(mV) 0.00 1.54 3.08 4.62 6.16 7.70 9.24 B(mT) 0.00 1.26 2.51 3.77 5.03 6.29 7.544、螺线管轴线上的磁场强度分布图（注：理论曲线不是必作内容）螺线管轴线上的磁场强度分布图1234567-30-20-101020304050607080x(mm)B(mT)B理B测5、螺线管中点磁场强度随励磁电流的变化关系图螺线管中点磁场强度随励磁电流的变化关系图02468100.10.20.30.40.50.6Im(A)B(mT)6、误差分析：（只列出部分，其余略）B 理论~x 曲线与B 测量~x 曲线，不能吻合的原因主要是： （1）螺线管中部不吻合是由于霍尔灵敏度K 存在系统误差，可以通过与实验数据比较进行修正。

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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。

利用霍尔效应测量磁场实验报告

利用霍尔效应测量磁场实验报告

利用霍尔效应测量磁场实验报告嘿，大家好！今天咱们聊聊一个有趣的话题——霍尔效应和它怎么帮助我们测量磁场。

霍尔效应可不是个什么高大上的词，其实它就像是你在超市里逛的时候，突然发现了一块打折的巧克力，兴奋得差点儿跳起来的那种感觉。

简单来说，霍尔效应就是当电流通过导体，置于一个磁场中时，导体的横向会产生一个电压。

这个小小的电压就能告诉我们磁场的强弱，简直是“雷声大，雨点小”的好帮手。

在实验开始之前，咱们得准备一些器材。

准备一块薄薄的半导体材料，像是石墨烯那种，真是个好玩意儿。

接着是一些电线、直流电源，还有一个可以测量电压的仪器。

别忘了磁铁哦！你知道的，磁铁就像是孩子们的玩具，总能吸引到小朋友们的目光。

在这次实验中，磁铁可是主角，得让它发挥出色。

好啦，准备工作就绪，咱们开始吧！先把半导体放在磁铁的旁边，电流从一端流入，哇，瞬间就像开了个小派对一样，电子们欢快地舞动起来。

然后，咱们测量一下横向产生的电压。

哇，看看！电压上升了，这就像你在看电影时，发现情节越来越紧张，心情也跟着高涨起来。

咱们换个磁铁，试试不同的磁场强度。

这时候，电压又有了变化。

你想啊，就像是在调味料一样，盐多了就咸，糖多了就甜，磁场的强度改变了，电压也跟着变动。

这种变化让人感受到科学的魅力，就像是在解开一个个小谜题，真是让人心跳加速。

咱们还可以通过公式来计算磁场的强度。

公式看起来有点复杂，但其实就像做数学题，慢慢来，总能找到答案。

这时候，脑子里得想着“耐心是美德”这句话，慢慢理清楚关系。

把测得的电压和电流代入公式，就能得出磁场的强度。

哇，心中那个小小的成就感，简直像喝了杯提神的咖啡，整个人都清醒了。

实验过程中，总有一些小插曲，哈哈。

有一次，磁铁没粘住，半导体差点儿摔下来，吓得我心里“咯噔”一下。

不过，没关系，科学本来就是要试错的嘛，关键是要勇于尝试。

每一次小意外都是学习的机会，就像生活中的小波折，让我们更加成熟。

整理实验数据的时候，咱们得分析一下结果。

霍尔效应实验报告(共8篇)

霍尔效应实验报告(共8篇)

篇一：霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称：姓名：学院：系：专业：年级：学号：指导教师：成绩：年月日（实验报告目录）实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一．实验目的和要求：1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is，vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制（工作）电流is、励磁电流im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、判断霍尔元件载流子的类型，并计算其浓度和迁移率。

5、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，从本质上讲，霍尔效应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。

如右图（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正向通以电流is（称为控制电流或工作电流），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。

由于洛伦兹力fl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fe的作用。

随着电荷积累量的增加，fe增大，当两力大小相等（方向相反）时，fl=-fe，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eh，相应的电势差称为霍尔电压vh。

设电子按均一速度向图示的x负方向运动，在磁场b作用下，所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量，为电子漂移平均速度，b为磁感应强度。

同时，电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度，vh为霍尔电压，l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时，fl??fe ?vh/l （1）设霍尔元件宽度为l，厚度为d，载流子浓度为n，则霍尔元件的控制（工作）电流为 is?ne （2）由（1），（2）两式可得 vh?ehl?ib1isbrhs （3）nedd即霍尔电压vh（a、b间电压）与is、b的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数rh?1称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，根据材料的电导ne率σ=neμ的关系，还可以得到：rh??/ （4）式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁移率大于空穴迁移率，因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。

霍尔效应法测磁场实验报告

霍尔效应法测磁场实验报告

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。