北京大学物理实验报告：霍尔效应测量磁场(docx版)

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1、霍尔效应测量磁场霍尔效应测量磁场【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【仪器用具】仪器名参数电阻箱∅霍尔元件∅导线∅SXG-1B毫特斯拉仪±(1%+0.2mT)PF66B型数字多用表200mV档±(0.03%+2)DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V0~2AFluke15B数字万用表电流档±(1.5%+3)VictorVC9806+数字万用表200mA档±(0.5%+4)【实验原理】(1)霍尔效应法测量磁场原理若将通有电流的导体至于磁场B之中，磁场B(沿着z轴)垂直于电流IS

2、(沿着x轴)的方向，如图1所示则在导体中垂直于B和IS方向将出现一个横向电位差UH，这个现象称之为霍尔效应。图1霍尔效应示意图若在x方向通以电流IS，在z方向加磁场B，则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力FE洛伦兹力FB相等时：qv×B=qE此时电荷在样品中不再偏转，霍尔电势差就有这个电场建立起来。N型样品和P型样品中建立起的电场相反，如图1所示，所以霍尔电势差有不同的符号，由此可以判断霍尔元件的导电类型。6霍尔效应测量磁场设P型样品的载流子浓度为p，宽度为w，厚度为的

3、d。通过样品电流IS=pqvwd，则空穴速率v=IS/pqwd，有UH=Ew=IHBpqwd=RHIHBd=KHIHB其中RH=1/pq称为霍尔系数，KH=RH/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。(1)霍尔元件的副效应及其消除方法在实际测量过程中，会伴随一些热磁副效应，这些热磁效应有：埃廷斯豪森效应：由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势UE能斯特效应：热流通过霍尔片在其端会产生电动势UN里吉—勒迪克效应：热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生，从而又产生温差电动势UR除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势

4、差U0为了消除副效应，在操作时我们需要分别改变IH和B的方向，记录4组电势差的数据当IH正向，B正向时：U1=UH+U0+UE+UN+UR当IH负向，B正向时：U2=-UH-U0-UE+UN+UR当IH负向，B负向时：U3=UH-U0+UE-UN-UR当IH正向，B负向时：U4=-UH+U0-UE-UN-UR取平均值有14U1-U2+U3-U4=UH+UE≈UH(2)测量电路图2霍尔效应测量磁场电路图霍尔效应的实验电路图如图所示。IM是励磁电流，由直流稳流电源E1提供电流，用数字万用表安培档测量IM。IS是霍尔电流，由

5、直流稳压电源E2提供电流，用数字万用表毫安档测量IS，为了保证IS的稳定，电路中加入电阻箱R进行微调。UH是要测的霍尔电压，接入高精度的数字多用表进行测量。根据原理(2)的说明，在实验中需要消除副效应。实际操作中，依次将IS、IM的开关K1、K2置于(+,+)、(-,+)、(-,-)、(+,-)状态并记录Ui即可，其中+表示正向接入，-表示反向接入。6霍尔效应测量磁场【实验内容】1.测量霍尔电流IS和霍尔电压UH的关系1.1.将霍尔片置于电磁铁靠近中心处（便于稍后测量磁场）1.2.调节IM=0.598A，调节R及E2使

6、得IS=246810mA，测量并记录霍尔电压UH，每次消除副效应1.3.更换输入端口，重复1.2的操作1.4.作出UH-IS图，验证其线性关系2.测量KH2.1.保持IS=10mAIM=0.1A2.2.调节IM使其从0.1~1.0A每间隔0.1A分别测量并记录磁场强度B和霍尔电压UH。每次测量旋转探头使得读数最大，以保证探头霍尔片垂直于磁场2.3.根据原理(1)中给出的线性拟合得到KH2.4.由得到的KH，根据在不同IM时测得的UH计算B，作出B-IM曲线3.测量磁场的水平分布3.1.保持IM=0.6AIS=10mA3

7、.2.读取并记录支架水平标尺读数x和霍尔电压UH3.3.旋转旋钮，使得霍尔片处于磁场中不同的位置，重复3.23.4.根据测得的UH计算B，作出B-x曲线【实验数据及处理结果】1.测量霍尔电流IS和霍尔电压UH的关系表格1UH-IS关系数据表IM=0.598AIS/mA2.004.006.008.0010.00U1/mV8.1316.2224.3332.4440.57U2/mV8.1316.2424.4032.5540.76U3/mV8.0216.0023.9932.0140.03U4/mV8.0116.0224.053

8、2.1340.23UH/mV8.0716.1224.1932.2840.406霍尔效应测量磁场图3Uh-Is关系图拟合结果R2=1的UH-IS确符合线性关系1.测量KH表格2测量KH数据表IS=10.00mAIM/AB/mTU1/mVU2/mVU3/mVU4/mVUH/mV0.10336.56.997.226.376.696.82