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时间:2018-12-02
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1、实用标准文案实验报告学生姓名: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。如图1所示,这种现象称为霍耳效应,称为霍耳电压。霍耳发现,霍耳电压与电流强度和磁感应强度B成正比,与磁场方向薄片的厚度d反比,即(1)式中,比例系数R称为霍耳系数,对
2、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,故常用另一常数K来表示,有(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),再测出电流和霍耳电压,就可根据式(3)算出磁感应强度B。精彩文档实用标准文案图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
3、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,其大小为方向沿Z方向。在的作用下,电荷将在元件沿Z方向的两端面堆积形成电场(见图2),它会对载流子产生一静电力,其大小为方向与洛仑兹力相反,即它是阻止电荷继续堆积的。当和达到静态平衡后,有,即,于是电荷堆积的两端面(Z方向)的电势差为(4)通过的电流可表示为式中n是电子浓度,得(5)将式(5)代人式(4)可得可改写为精彩文档实用标准文案该式与式(1)和式(2)一致,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
4、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。要求工作电流和励磁电流都固定,并让mA,逐点(约12-15个点)测试霍耳电压,记下和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“IH输出”的正、负端;2、4脚为霍尔电压输出,分别接“VH输入”的正、负端。螺线管左右接线柱(即“红”、“黑”)分别
5、接励磁电流IM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“VH”挡,将“电压表量程”选择按键开关置于“200”mV挡,霍尔工作电流IH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IM调到“0A”,记下毫伏表的读数(此时励磁电流为0,霍尔工作电流仍保持不变)。4、再调输出电压调节钮使励磁电流为。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,对应的霍耳电压。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
6、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,V1、V2、V3、V4方向的判断:按步骤(4)的方向连线时,IM、IH换向开关置于“O”(即“+”)时对应于V1(+B、+IH),其余状态依次类推。霍尔电压的计算公式是V=(V
7、1-V2+V3-V4)÷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~IM精彩文档实用标准文案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(参见教材实验16,p.152公式3-16-6)计算,即,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、,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
8、磁特性。固定和霍耳元件在轴线上的位置(如在螺线管中心),改变,测量相应的。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~B曲线,分
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