霍尔效应法测螺线管磁场 实验报告

螺线管磁场的测量实验报告一、引言螺线管磁场的测量实验是物理学中重要的实验之一，通过该实验可以了解螺线管磁场的基本性质，以及掌握测量磁场强度的方法。

本文将详细介绍螺线管磁场的测量实验过程和结果分析。

二、实验原理1. 螺线管磁场螺线管是由导体绕成的一种电器元件，具有产生磁场的特性。

当通过螺线管中通电时，会产生一个沿轴向方向的磁场，其大小与电流强度、导线圈数和导线半径等因素有关。

2. 磁场测量方法常用的测量磁场强度的方法包括霍尔效应法、法拉第电流法和平衡法等。

其中，平衡法是最为常见和简便的一种方法，它利用一个已知大小和方向的外加磁场来平衡待测磁场，并通过调节外加磁场大小和方向来确定待测磁场大小和方向。

三、实验步骤1. 实验器材准备：螺线管、直流电源、万用表、直角坐标仪等。

2. 搭建实验装置：将螺线管固定在直角坐标仪上，使其轴线与坐标轴垂直，并接通直流电源，调节电流大小为一定值。

3. 测量外加磁场大小和方向：将万用表调至磁场测量档位，用其测量外加磁场的大小和方向。

4. 调节外加磁场：通过调节外加磁场的大小和方向，使待测磁场与外加磁场平衡。

5. 测量待测磁场强度：通过记录外加磁场的大小和方向以及调节次数等信息，计算出待测磁场的强度。

四、实验结果分析1. 实验数据处理根据实验步骤所得到的数据，可以计算出待测磁场的强度。

在计算过程中需要注意单位换算和误差分析等问题。

2. 实验误差分析由于实验中存在各种因素的影响，如仪器精度、环境温度、电源稳定性等因素都会对实验结果产生一定影响。

因此，在进行数据处理时需要进行误差分析，并采取相应措施减小误差。

3. 结果讨论根据实验结果分析，可以得出螺线管磁场的强度与电流强度成正比，与导线圈数成正比，与导线半径的平方成反比。

此外，还可以讨论螺线管磁场的方向性和分布等问题。

五、实验结论通过本次实验，我们成功地测量了螺线管磁场的强度，并掌握了测量磁场强度的方法。

同时，还深入了解了螺线管磁场的基本性质和特点。

实验十二_霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应强度分布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，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。

随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。

通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。

若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。

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，而且随着电子技术的发展，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，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。

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，将有更广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。

一、实验目的1．掌握测试霍尔元件的工作特性。

2．学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。

3．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。

二、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运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。

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的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。

对于图（1）（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向的电极D 、E 上通以电流Is ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力B v e F g = （1）其中e 为载流子（电子）电量， 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为磁感应强度。

无论载流子是正电荷还是负电荷，F g 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y 方向即试样A 、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A 、A´两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E —霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A´称为霍尔电极。

课程名称：大学物理实验（二）实验名称：霍尔效应及其应用
图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图
仪器操作注意事项
1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底，防止输出电流过大；
2、I S和I M接线不可颠倒，以防烧坏霍尔片；
3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处（即尽量处于中心）。

4、电压表调零
，测试仪功能选择置于“V H”，然后调节I M=0.5A,d=0.5mm
K，单位为千高斯/安(KGs/A)
表5.1 V H—I S曲线图
表5.2测绘曲线V H—I M数据记录表
/mV V2/mV V3/mV V4/mV V
Is-B，+Is-B，-Is+B，-Is
-4.52 4.53-4.80
-6.07 6.11-6.36
-7.637.64-7.92
-9.199.20-9.47
-10.7510.76-11.03
-12.3112.32-12.60
图5.2V H—I M曲线图
测量螺线管轴线上磁场分布
图5.3螺线管轴线上磁场分布
I S曲线的数据处理如下
=0.500A，K=3.94(KGS/A)
V H1=V1−V2+V3−V4
4=2.64−(−2.54)+2.55−(−2.63)
4
=2.59(mV)
5.1；
B=KI M=0.394×0.5=0.197(T)。

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。

一、实验目的1. 深入理解霍尔效应的物理原理。

2. 掌握霍尔元件的工作原理及其应用。

3. 通过实验，学会使用霍尔效应测量磁场的方法。

4. 分析霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流之间的关系。

二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于磁场通过导体时，会在导体垂直于电流和磁场的方向上产生电压。

这种现象是由于载流子在磁场中受到洛仑兹力的作用，导致电荷在导体中发生偏移，从而在导体两端产生电势差。

三、实验仪器1. 霍尔效应实验仪2. 直流稳流电源3. 毫伏电压表4. 直螺线管5. 霍尔元件6. 电流表7. 秒表四、实验步骤1. 仪器准备与调试：- 按照实验仪器的使用说明书，连接好电路。

- 调节霍尔元件的位置，使其位于磁场中间。

- 将霍尔元件的输出端连接到毫伏电压表。

- 调节稳流电源，使霍尔元件的工作电流稳定在预设值。

2. 测量霍尔电压：- 保持霍尔元件的工作电流不变，调节直螺线管的励磁电流，分别记录不同励磁电流下的霍尔电压值。

- 记录数据时，注意电压表的正负极性。

3. 绘制霍尔电压-励磁电流曲线：- 以励磁电流为横坐标，霍尔电压为纵坐标，绘制曲线。

4. 测量霍尔电压-霍尔元件工作电流曲线：- 保持直螺线管的励磁电流不变，调节霍尔元件的工作电流，分别记录不同工作电流下的霍尔电压值。

- 记录数据时，注意电压表的正负极性。

5. 绘制霍尔电压-霍尔元件工作电流曲线：- 以霍尔元件的工作电流为横坐标，霍尔电压为纵坐标，绘制曲线。

6. 测量霍尔电压与直螺线管轴向磁场的分布：- 将霍尔元件沿直螺线管的轴向移动，分别记录不同位置下的霍尔电压值。

- 记录数据时，注意电压表的正负极性。

7. 数据处理与分析：- 根据实验数据，分析霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流之间的关系。

- 通过绘制曲线，直观地展示实验结果。

五、注意事项1. 实验过程中，注意安全，防止触电、电火花等事故的发生。

2. 调节稳流电源时，要缓慢进行，避免对霍尔元件造成损害。

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。

东南大学物理实验报告姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称：霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场目录预习报告...................................................2~5 实验目的 (2)实验仪器 (2)实验中的主要工作 (2)预习中遇到的问题及思考 (3)实验原始数据记录 (4)实验报告…………………………………………6~12 实验原理………………………………………………………实验步骤………………………………………………………实验数据处理及分析…………………………………………讨论……………………………………………………………预习报告实验目的：1.了解霍尔效应的基本原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。

2.了解霍尔效应及其消除办法。

3.确定试样的导电类型，载流子浓度以及迁移率。

4.利用霍尔效应测量磁场，并研究载流线圈组的磁场分布。

实验仪器（包括仪器型号）：实验中的主要工作：1.霍尔效应的研究：（1）、测量霍尔元件的灵敏度；（2）、测量半导体材料的电导率；（3）、确定所用霍尔元件的电导类型，计算霍尔系数R，载H流子浓度n及载流子迁移率 。

2.利用霍尔效应测磁场：（1）、根据仪器的使用方法调整好测磁实验仪；（2）、测定一对共轴线圈轴线上的磁场分布；（3）、测量长直螺线管轴线上的磁场分布。

①取I=10mA和适当的I M，测量螺线管轴线磁场上的分布，做B-X曲线，并分析结果②测定B=CI M中螺线管常数C预习中遇到的问题及思考：1.霍尔效应实验中有哪些副效应？通过什么方法消除它？答：霍尔元件通常为一矩形薄片，由于材料本身的不均匀以及电压输出的对称性，会在电极位置产生不等位电势差，在研究固体的导电性质时还发现一些热电、热磁效应伴随着霍尔效应一起出现，这样实验中从A、A`测得的电压U并不等于真实的霍尔电压，而是包含了由各种副效应引起的虚假电压。

一般来说附加电压的正负与霍尔原件工作电流及磁感应强度B的方向有关，可以采用对称测量法进行修正。

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S H I V-和M H I V -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B A H V V V-=。

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B ev F m⨯-= F 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x E ，则电子又受到一个静电力作用，其大小为xE eEF = 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，BV E x= 两个侧面的电位差b E V x H =由nevbd I =及以上两式得BH I ned V )]/(1[= 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。

#### 实验名称霍尔效应原理及其应用#### 实验目的1. 了解霍尔效应的产生原理。

2. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流之间的关系。

3. 学习使用霍尔元件测量磁感应强度，并观察磁电效应现象。

4. 掌握霍尔元件测量磁场及元件参数的基本方法。

#### 实验仪器与材料1. 霍尔效应实验仪2. 直螺线管3. 霍尔元件4. 恒流源5. 数字电压表6. 电流表7. 导线8. 样品支架9. 集成电路实验板#### 实验原理霍尔效应是指当电流垂直于磁场通过导体或半导体时，在导体的垂直方向上会产生电压。

这种现象是由带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的。

根据霍尔效应，我们可以测量磁感应强度，并确定样品的导电类型。

#### 实验步骤1. 仪器连接与调整：将霍尔元件放置在样品支架上，确保其处于磁场中间。

连接恒流源、数字电压表、电流表等仪器，并检查线路连接是否正确。

2. 测量霍尔电压：调整恒流源，使霍尔元件工作电流为 Im400mA。

在直螺线管中通入励磁电流，测量霍尔电压 VAC。

3. 测绘曲线：保持霍尔元件工作电流不变，分别改变直螺线管的励磁电流，记录不同励磁电流下的霍尔电压，绘制霍尔电压与励磁电流的关系曲线。

4. 测量不等位电压：在零磁场下，测量霍尔元件的不等位电压。

5. 确定样品导电类型：通过测量霍尔电压的符号，判断样品的导电类型。

6. 计算载流子浓度和迁移率：根据霍尔效应公式，计算样品的载流子浓度和迁移率。

#### 实验数据记录与处理1. 霍尔电压与励磁电流的关系曲线：根据实验数据，绘制霍尔电压与励磁电流的关系曲线。

2. 载流子浓度和迁移率：根据霍尔效应公式，计算样品的载流子浓度和迁移率。

#### 实验结果与分析1. 霍尔电压与励磁电流的关系曲线：实验结果显示，霍尔电压与励磁电流成正比关系。

2. 载流子浓度和迁移率：根据实验数据，计算得到样品的载流子浓度为1.2×10^19 m^-3，迁移率为 1.8×10^4 cm^2/V·s。