310霍尔法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈地磁场.docx

3.10霍尔法丈量圆线圈和亥姆霍兹线圈地磁场 3.10霍尔法丈量圆线圈和亥姆霍兹线圈地磁场 3.10霍尔法丈量圆线圈和亥姆霍兹线圈地磁场 适用文案 3.10霍尔法丈量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场 霍尔效应是导电资猜中的电流与磁场互相作用而产生电动势的效应。1879 年美国霍普金斯大学研究生霍尔在研究金属导电机理时发现了这类电磁现象，故称霍尔效应。今后曾有人利用霍尔效应制成丈量磁场的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能获得实质应用。跟着半导体资料和制造工艺的张开，人们又利用半导体资料制成霍尔元件，因为它的霍尔效应显然而获得适用和张开，此刻宽泛用于非电量的丈量、电动控制、电磁丈量和计算装置方面。在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电〞的理论基础。近来几年来，霍尔效应实验不 断有新发现。1980年原西德物理学家冯·克利青研究二维电子气系统的输运特色，在低平和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝集态物理领域最重要的发现之一。目前对量子霍尔效应正在进行深入研究，并获得了重要应用，比方用于确立电阻的自然基准，能够极为精准地丈量光谱精良构造常数等。 在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可以缺乏的，利用它观察磁场直观、搅乱小、敏捷度高、见效显然。 【实验目的】 1、丈量单个通电圆线圈中磁感觉强度； 2、丈量亥姆霍兹线圈轴线上各点的磁感觉强度； 3、丈量两个通电圆线圈不同样间距时的线圈轴线上各点的磁感觉强度； 4、丈量通电圆线圈轴线外各点的磁感觉强度。 【实验仪器】 DH4501N型三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪一套 【实验原理】 1霍尔效应 霍尔效应从实质上讲，是运动的带电粒 图3-10-1 子在磁场中受洛仑兹力的作用而惹起的偏 转。当带电粒子〔电子或空穴〕被拘束在 固体资猜中，这类偏转就致使在垂直电流 和磁场的方向上产生正负电荷在不同样侧的 齐集，进而形成附带的横向电场。如右图 3-10-1所示，磁场B位于Z的正向，与之 垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is〔称为工作电流〕，假定载流子为电子〔N型半导体资料〕，它沿着与电流Is相反的X负向运动。 因为洛仑兹力fL作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B 标准文档 适用文案 侧偏转，并使B侧形成电子累积，而相对的A侧形成正电荷累积。与此同时运动 的电子还遇到因为两种累积的异种电荷形成的反向电场力 fE的作用。跟着电荷 累积的增添， fE增大，当两力大小相等〔方向相反〕时， fL－fE，那么电子积 = 累便抵达动向均衡。这时在 A、B两头面之间成立的电场称为霍尔电场 E，相应 H 的电势差称为霍尔电势V。 H 设电子按均一速度V，向图3-10-1 所示的X负方向运动，在磁场B作用下， 所受洛仑兹力为： f L =－eVB 式中：e为电子电量，V为电子漂移均匀速度，B为磁感觉强度。 同时，电场作用于电子的力为： f E eE eV l H H 为霍尔元件宽度。 H H为霍尔电势，l 式中：E 为霍尔电场强度， V 当抵达动向均衡时: fE Hl 〔 〕 f L 3-10-1 =－ VB=V/ 设霍尔元件宽度为l , 厚度为，载流子浓度为 ，那么霍尔元件的工作电流为 : d n Is neVld 〔3-10-2〕 由(3-10-1)、(3-10-2)两式可得： VH EHl 1IsB RH IsB 〔3-10-3〕 ned d 即霍尔电压VH(A、B间电压)与Is、B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成 反比，比率系数H 1 称为霍尔系数〔严格来说，关于半导体资料，在弱磁场 R ne 3 3 1〕，它是反应资料霍尔效 下应引入一个修正因子 ，进而有 H 8 ne 8 应强弱的重要参数，依据资料的电导率 ne 的关系，还能够够获得： RH / p或 RH 〔3-10-4〕 式中：为载流子的迁徙率，即单位电场下载流子的运动速度，一般电子迁徙率大于空穴迁徙率，所以制作霍尔元件时大多采纳N型半导体资料。 当霍尔元件的资料和厚度确准时，设： KH RH/dl/ned 〔3-10-5〕 将式〔3-10-5〕代入式〔3-10-3〕中得： VH KHIsB 〔3-10-6〕 式中：KH称为元件的敏捷度，它表示霍尔元件在单位磁感觉强度和单位控 制电流下的霍尔电势大小，其单位是 mV/mA·T，一般要求KH愈大愈好。因为金 属的电子浓度 n H H 很高，所以它的R 或K都不大，所以不适合作霍尔元件。其余 元件厚度d愈薄，KH愈高，所以制作时，常常采纳减少 d的方法来增添敏捷度， 但不可以够以为d愈薄愈好，因为此时元件的输入和输出电阻将会增添，这对霍尔元 件是不希望的。本实验采纳的霍尔片的厚度的d为，宽度l为，长度 L为。 标准文档 适用文案 应该注意：当磁感觉强度B和元件平面法线成一