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1、用霍尔效应测量磁场【目的要求】1. 了解霍尔效应的基本原理2. 学习用霍尔效应测量磁场实验原理】如图1所示为一n型半导体材料制成的霍尔原件示意图。f = q-H (2)EafE 二 fB由式可得：U = vBa,而又有-二nqvs，故可得：u1nqsI Ba ，s又 s = ab得：U = IB = K IB（KH与半导体类型，载流子浓度，半导体厚度有关）H nqb s H s H根据上式，如果知道霍尔片的灵敏度Kh，只要测出UH和冬就可求出磁场。HH S【实验器材】HTS 型螺线管磁场测试仪，【实验步骤】1. 测量霍尔电流I与霍尔电压U的关系，HH连接电路，让励磁电流1 = 0.5A，调节1
2、从0mA10.0mA变化（每隔1mA记录一次MS数据），记录U与I，并作出U I的图像。H HH H2. 测量励磁电流与磁感应强度的关系连接电路，将霍尔原件放在螺线管的中间位置，让霍尔电流I = 10.0mA，调节励磁电S流从0A1A之间变化（每隔0.1A记录一次数据），记录U与I，并作出U I的H MH M图像。3. 测量通电螺线管磁场沿水平方向的分布令I = 0.5A，I = 10mA，调节支架旋钮，使霍尔片从螺线管的一端慢慢往另一端移 MS动，直到霍尔片出螺线管，依次测量磁场在水平方向的分布。【数据处理】(实验数据来自胡毓文)1.测量霍尔电流IS与霍尔电动势UH的关系。其中IM=0.50
3、0A, K二2.71mV /(mA - kGs)SHMHI / mAS0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00U / mVH +0.000.190.370.540.720.901.071.261.411.591.72U / mVH +-0.00-0.14-0.28-0.43-0.58-0.73-0.87-1.04-1.21-1.38-1.53U / mVH -+0.00-0.17-0.35-0.53-0.71-0.89-1.06-1.25-1.04-1.58-1.72U / mVH -0.000.150.290.440.590.740.891.
4、051.201.391.54U / mV H0.000.160.320.480.650.820.971.151.301.481.63根据上表可画出U -1图像，如图2所示。HH 由图线可知：在磁场一定的情况下，霍尔电压与 霍尔电流成正比。可算出：斜率K -B二0.1620H把 K 二 2.71mV / (mA - kGs)代入上式H可得：此时的磁感应强度B = 5.99 x10-3 T2. 测量励磁电流 I 与磁感应强度 B 的关系。 mI = 10.00mA，K = 2.71mV/(mA-kGs)SHI / AM0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.700
5、0.8000.9001.000U / mVH +0.000.190.370.540.720.901.071.261.411.591.72U / mVH +-0.00-0.14-0.28-0.43-0.58-0.73-0.87-1.04-1.21-1.38-1.53U / mVH -+0.00-0.17-0.35-0.53-0.71-0.89-1.06-1.25-1.04-1.58-1.72U / mVH -0.000.150.290.440.590.740.891.051.201.391.54U / mVH0.000.160.320.480.650.820.971.151.301.481.63
6、/x10TKIHS0.005.9411.817.724.030.335.842.448.054.660.1由图像可知，磁感应强度大小与励 磁电流成正比。3. 测量通电螺线管内部磁场分布。其中 1炸0.500人，I 二 10.00mA K 二 2.71mV/(mA-kGs)M S Hx / cm0.000.200.400.600.801.001.502.003.004.008.00U / mVH +0.630.831.031.061.281.381.491.591.601.621.64U / mVH +-0.68-0.87-1.07-1.29-1.34-1.44-1.54-1.61-1.63-1
7、.67-1.64U / mVH -+-0.62-0.85-1.02-1.11-1.27-1.39-1.49-1.58-1.59-1.63-1.64U / mVH -0.670.881.071.241.341.441.541.611.621.671.65U / mVH0.650.861.051.181.311.411.521.611.611.651.64B=h- /x10TKIHS2.403.173.874.354.835.205.615.945.946.096.05x / cm16.0024.0025.0026.0026.5027.0027.2027.4027.6027.8028.00U /
8、mVH +1.661.671.631.631.591.521.431.341.191.050.80U / mVH +-1.64-1.61-1.59-1.57-1.48-1.38-1.28-1.21-1.07-0.89-0.68U / mVH -+-1.66-1.66-1.63-1.62-1.59-1.51-1.41-1.34-1.17-1.02-0.79U / mVH -1.641.621.591.571.471.391.301.221.060.900.68U / mVH1.651.641.611.601.531.451.361.281.120.960.74B=h- /x10TKIHS6.09
9、6.055.945.905.655.355.024.724.133.542.73由图可知，通电 螺线管内部磁 场接近不变，而 在进和出螺线 管出的磁场变 化很快。误差分析】1) 存在热磁效应产生误差。2) 霍尔片不一定能完全沿螺线管的轴线运动带来一定的误差，3) 霍尔片不能完全与磁感应强度方向垂直可引起误差。说明】(1) 要能用霍尔效应判断霍尔片属于P型半导体材料还是n型半导体材料2) 励磁电流与霍尔电流不能接反。3) 在第 1 个步骤当中，如果给定一个特斯拉计，则可算出霍尔原件的灵敏度。如果再 给出霍尔原件的材料(可计算载流子浓度与单个载流子电荷量)还可计算出霍尔片 的厚度。4) 作图时变化较大的区域应多取几个点，变化很小的区域可以少取些。5) 注意在测量前，应先调零。
用霍尔效应测量磁场
