实验8霍尔效应法测量磁场A4.docx

《实验8霍尔效应法测量磁场A4.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、页眉实验八霍尔效应法测量磁场【实验目的】1．了解霍尔器件的工作特性。2．掌握霍尔器件测量磁场的工作原理。3．用霍尔器件测量长直螺线管的磁场分布。4．考查一对共轴线圈的磁耦合度。【实验仪器】长直螺线管、亥姆霍兹线圈、霍尔效应测磁仪、霍尔传感器等。【实验原理】1．霍尔器件测量磁场的原理d1××××××b××eFm××××3UHv4×××××EH×FH××××××I2LEmA图1霍尔效应原理如图1所示，有－N型半导体材料制成的霍尔传感器，长为L，宽为b，厚为d，其四个侧面各焊有一个电极1、2、3、4。将其放在如图所示的垂直磁场中，沿3、4两个侧面通以电流I，则电

2、子将沿负I方向以速uururur度运动，此电子将受到垂直方向磁场B的洛仑兹力FmeveB作用，造成电子在半导体薄片的1测积累uuur过量的负电荷，2侧积累过量的正电荷。因此在薄片中产生了由2侧指向1侧的电场EH，该电场对电子uuruuuruururur的作用力FHeEH，与FmeveB反向，当两种力相平衡时，便出现稳定状态，1、2两侧面将建立起稳定的电压UH，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压叫霍尔电压UH，1、2端输出的霍尔电压可由数显电压表测量并显示出来。1/8第1页共8页大学物理实验报告·韩进页眉如果半导体中电流I是稳定而均匀的，可以推导出UH满足

3、：UHRHIBIB，KHd式中，RH为霍耳系数，通常定义KHRH/d，KH称为灵敏度。由RH和KH的定义可知，对于一给定的霍耳传感器，RH和KH有唯一确定的值，在电流I不变的情况下，与B有一一对应关系。2．误差分析及改进措施由于系统误差中影响最大的是不等势电势差，下面介绍一种1方法可直接消除不等势电势差的影响，不用多次改变B、I方I43UH向。如图2所示，将图2中电极2引线处焊上两个电极引线5、566，并在5、6间连接一可变电阻，其滑动端作为另一引出线2，2图2将线路完全接通后，可以调节滑动触头2，使数字电压表所测电压为零，这样就消除了1、2两引线间的不等

4、势电势差，而且还可以测出不等势电势差的大小。本霍尔效应测磁仪的霍尔电压测量部分就采用了这种电路，使得整个实验过程变得较为容易操作，不过实验前要首先进行霍尔输出电压的调零，以消除霍尔器件的“不等位电势”。在测量过程中，如果操作不当，使霍尔元件与螺线管磁场不垂直，或霍尔元件中电流与磁场不垂直，也会引入系统误差。3．载流长直螺线管中的磁场从电磁学中我们知道，螺线管是绕在圆柱面上的螺旋型线圈。对于密绕的螺线管来说，可以近似地看成是一系列园线圈并排起来组成的。如果其半径为R、总长度为L，单位长度的匝数为n，并取螺线管的轴线为x轴，其中心点O为坐标原点，则（1）对于无

5、限长螺线管L或LR的有限长螺线管，其轴线上的磁场是一个均匀磁场，且等于：2/8第2页共8页大学物理实验报告·韩进页眉uurB00NI式中0——真空磁导率；N——单位长度的线圈匝数；I——线圈的励磁电流。（2）对于半无限长螺线管的一端或有限长螺线管两端口的磁场为：uur1B10NI2即端口处磁感应强度为中部磁感应强度的一半，两者情况如图3所示。B2RLuurB01uur2B0OOx图34．亥姆霍兹线圈及其耦合度两个匝数相等、间距等于其半径，并通以同向、等值电流的共轴线圈，叫亥姆霍兹线圈，如图4所示。IIO1OPO2x图4下面，我们来研究亥姆霍兹线圈两圆心间轴

6、线上的磁场。设图4中每个线圈为N匝，两线圈间距为a，取3/8第3页共8页大学物理实验报告·韩进页眉线圈轴线上距两线圈等距离的点O12之间轴上任意一点P为原点，轴线为x轴，则在两线圈圆心O和O（其ax和a坐标为x）到两线圈圆心的距离分别是x，两线圈在点产生的磁感应强度的大小分别是22和：B10NR2I13B20NR2I12,2a22aR2xR2x223。22因B1、B2的方向相同，都在x轴的正方向，所以点P的总磁场为：0NR2I11BB1B232a22aR2xR2x223。22在点O处，因x0且aR，所以：3B(O)420NI0.716B0。5R在O1和

7、O2点的B大小相等：B(O1)B(O2)0NI110.677B0。R2223/2O1和O2点之间其它各点的值介于B(O1)和B(O)之间，可见在亥姆霍兹线圈轴线上，O点的磁场最强，O和O1之间的B相对变化量不大于6%，磁场均匀性较好。在生产和科研中，当所需磁场不太强时，常用这种方法来产生较均匀的磁场。从以上叙述来看，当两共轴线圈之间的间距等于线圈的半径时，将构成亥姆霍兹线圈，从而可以得到场强不太强的均匀磁场，但当这一对共轴线圈的间距不等于半径时，其轴线上的磁场分布将随着距离的改变而改变，可呈现出如图5的a、b、c所示的欠耦合、耦合，过耦合状态，两线圈的磁场

8、耦合度可以通过霍尔器件来测量。4/8第4页共8页大学物理实验报告·