认识“霍尔效应”.pdf

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1、i学以致用·璧话嚣勿理认识“霍尔效应”蔡丽芬；霉一、霍尔效应现象一是，走仅与导体材料有关，被称为霍尔¨霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象系数．是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属霍尔最初发现霍尔效应所用导体是金属的导电机制时发现的．如图所示，在匀强磁场导体，之后研究发现，半导体材料也能产生霍中放置一个矩形截面的载流导体，当电流垂尔效应．霍尔系数是越大，霍尔电压UH越大，直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁霍尔效应越明显．而霍尔系数与载流子浓度场和电流方向的两个端面MN问会出现电成反比，半导体的

2、载流子浓度远比金属的载流势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差被子浓度小，因此用半导体材料制成的霍尔元称为霍尔电压．件，霍尔效应更明显，灵敏度较高，所以一般霍尔元件不用金属导体而用半导体制作．一电㈨，零三、霍尔效应的应用(1)霍尔效应可以揭示不同类型材料的导骖二、霍尔效应的原理电性．由前面霍尔效应产生原理可知：若导体中的载流子带正电，产生霍尔电势差的正负将与在电子发现之前，人们不知道导体中的载流子为负电的正好相反．所以霍尔电势差的载流子是什么，无法认识到霍尔现象产生的正负显示的是载流子的正负，而霍尔

3、电压的大本质，直到19世纪末电子的发现以及对电子小则可以反映载流子的浓度情况．研究的不断深入，使霍尔效应的理论研究得(2)霍尔效应可制成磁传感器．霍尔电到了突破．压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压现在我们按照电子学理论对金属导体中越高，磁场越弱，电压越低．根据霍尔电压的产生的霍尔效应做如下分析：假设上图导体有无及高低就可以测得外界磁场的有无和强中MN间距离为，导体厚度为d．金属导体弱．例如自行车速度计的工作原理就是依靠中形成电流的载流子为电子，电子运动方向安装在自行车前轮钢丝上的一块磁铁和自行

4、与电流方向相反．当在导体上加上如图所示车前叉上的霍尔传感器．轮子每转一圈，磁铁磁场后，电子在洛伦兹力的作用下将向侧面就靠近霍尔传感器一次，传感器测得一个霍N偏转，侧面N聚集了电子，而侧面M聚集尔脉冲电压，根据某段时间内的脉冲数和车相应正电荷，从而MN间产生电场，载流电轮尺寸大小即可得到车速大小．子将受到与洛伦兹力方向相反的电场力作四、霍尔效应研究的最新成果用．当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平丁T1988年美国物理学家霍尔丹提出可能衡，此时有q半=qvB，其中是载流子的运存在不需要外磁场的量子霍尔

5、效应，即量子动速度，是微观物理量，难以直接测量．又根反常霍尔效应．尽管多年来各国科学家提出据电流J的微观表达式：J—nqvS，其中S—几种不同的实现途径，但所需的材料和结构TD1非常难以制备，因此在实验上进展缓慢．2010，最后可导出：UH一．令是一，则uH年，中科院物理所方忠、戴希带领的团队与张实验天地验解读薯^l

6、利用数学方法例析物理实验的系统误差ll∞华继承绀Ⅲt∞半偏法测电流表内阻的实验电路原理图流表满偏时，根据闭合电路欧姆定律得如图1所示，实验操作步骤如下：E—(R1+r+R)(1)闭合开

7、关s。，调节电阻箱R。的阻值，使电流表半偏时，根据闭合电路欧姆定律及并联分流公式得E‘(2)圈l第一步：开关S、5。闭合前，将滑动变阻联立(】)和(2)，消除E和』得器R的阻值调到最大．RzR(3)第二步：闭合开关5，调节滑动变阻器R，使电流表满偏．由(1)解得R+r一一R，将其代入第三步：保持开关S闭合，滑动变阻器不动，闭合开关S：，调节电阻箱Rz的阻值，(3)得R2一(1一(4)使电流表半偏．由(3)可知R2

8、表的内阻R一Rz．由(4)可知R与R的相对误差===本实验要求滑动变阻器的阻值远大于电流二一r5、表的内阻，即R》R，这样就可近似认为开关RgE⋯S闭合前后干路中的总电流是不变的．但事实由(5)可知，电源的电动势E越大，相对上，当开关S。闭合后，干路中的总电流是变大误差越小．的，当电流表半偏时，通过电阻箱R'的电流比结论：用半偏法测电流表的内阻时，测量通过电流表的电流要大，根据并联分流规律可值比真实值小，为减小实验误差，应使滑动变知，半偏法测出的电流表内阻要比电流表的实阻器的阻值远大于电流表的内阻，

9、即尺》际内阻小．下面笔者从理论上运用严格的数学R，而要做到这一点，必须使用电动势较大方法对该实验的系统误差进行分析．的电源，且为防止电流表过载，必须用大阻值假定电源的电动势为E，内阻为r，电流的滑动变阻器与之匹配，可见电源的电动势表的满偏电流为I．的大小对误差起主导作用．闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电·+“—+-”+”+”+一+”+—卜·—-+一·-+·+“+”-+-”—·卜“+·—-+-首晟教授等合作，从理论与材料设计上实现尔效应不同于量子霍尔效应，它不依赖于强