用霍尔效应测磁场课件

武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心用霍尔效应测磁场用霍尔效应测磁场 大学物理实验大学物理实验用霍尔效应测磁场 大学物理实验武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心简介简介1879年，24岁的霍尔在撰写物理学博士论文期间对麦克斯韦的理论进行验证式实验时发现，位于磁场中的导体上出现了横向电势差，霍尔将他的这一发现写成一篇名为“论磁铁对电流的新作用”的论文，发表在美国数学杂志上。这种“新作用”就是后来被人们称作的“霍耳效应”。Edwin Hall（18551938）简介1879年，24岁的霍尔在撰写物理学博士论文期间对麦克斯武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心实验目的实验目的了解霍尔电压产生的机制；了解霍尔电压产生的机制；学会用霍尔元件测量磁场的基本方法学会用霍尔元件测量磁场的基本方法;实验目的武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心实验原理实验原理 载载流流导导体体、半半导导体体薄薄板板处处在在方方向向垂垂直直于于电电流流的的磁磁场场中中时时，在在垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场的的方方向向上上产产生生电电势势差差，这这种种现现象象称称为为霍霍尔尔效效应应，该该电电势势差差称称为为霍霍尔尔电电势势差差（霍尔电压）。（霍尔电压）。1.1.霍尔效应霍尔效应实验原理 载流导体、半导体薄武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心用霍尔效应测磁场课件武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心考虑到考虑到考虑到考虑到(n n n n为载流子浓度为载流子浓度为载流子浓度为载流子浓度)即：即：即：即：K KHH=1/(=1/(nedned)称为霍尔元件的灵敏度称为霍尔元件的灵敏度称为霍尔元件的灵敏度称为霍尔元件的灵敏度.I IS S为流过霍尔元件的电流，即其工作电流为流过霍尔元件的电流，即其工作电流为流过霍尔元件的电流，即其工作电流为流过霍尔元件的电流，即其工作电流.确定确定确定确定V VHH和和和和I IS S即可求得磁感应强度的量值即可求得磁感应强度的量值即可求得磁感应强度的量值即可求得磁感应强度的量值.考虑到(n为载流子浓度)即：KH=1/(ned)称为霍尔元件武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心不等位电势差附加电压附加电压厄廷好森效应温差电势差能斯脱效应热流电势差里纪勒杜克效应附加温差电势差不等位电势差附加电压厄廷好森效应温差电势差能斯脱效应热流电势武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心mv1234mv1234不等位电势差不等位电势差V V0 0：特点特点：与磁场：与磁场B B换向无关，随电流换向而换向换向无关，随电流换向而换向 (+IH,+B)+V0 (+IH,-B)+V0 (-IH,+B)-V0 (-IH,-B)-V0mv1234mv1234不等位电势差V0：特点：与磁场B换向武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心厄廷好森（厄廷好森（EtinghausenEtinghausen）效应温差电势差）效应温差电势差IH1324mv特点：随磁场B和电流换向而换向 (+IH，+B)+Vt (+IH，-B)-Vt (-IH ，+B)-Vt (-IH ，-B)+Vt厄廷好森（Etinghausen）效应温差电势差IH1324武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心能斯脱（能斯脱（Nernst）效应热流电势差）效应热流电势差VP：R1 T1R2 T2mv1234特点：随磁场特点：随磁场B换向而换向，与电流换向无关换向而换向，与电流换向无关 (+IH,+B)+Vp (+IH,-B)-Vp (-IH,+B)+Vp (-IH,-B)-VpR1 T1R2 T21234mv能斯脱（Nernst）效应热流电势差VP：R1 T1R2 T武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心里纪勒杜克（里纪勒杜克（Righi-leducRighi-leduc）效应附加温差电势差）效应附加温差电势差V Vs s：特点：随磁场随磁场B换向而换向，与电流换向无关换向而换向，与电流换向无关 (+IH,+B)+Vs (+IH,-B)-Vs (-IH,+B)+Vs (-IH,-B)-VsIH1324mv1324IHR1 T1R2 T2mv里纪勒杜克（Righi-leduc）效应附加温差电势差Vs武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心 附加电压的消除附加电压的消除 根据附加电压随磁场B和电流IH H换向而各自呈现的特点加以消除。测量表达式：附加电压的消除 根据附加电压随磁场B和电流IH换向而各自呈武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心实验仪器实验仪器励磁电流霍尔电流霍尔电压换向开关实验仪器励磁电流霍尔电流霍尔电压换向开关武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心实验内容实验内容测量螺线管轴线的磁场分布绘制出螺线管内的B-X磁场分布曲线。实验内容测量螺线管轴线的磁场分布武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心实验步骤实验步骤1.1.仪器连接；仪器连接；2.2.调调节节螺螺线线管管的的励励磁磁电电流流I IM M 到到1.000A1.000A，霍霍耳元件的工作电流耳元件的工作电流I IH H到到5.00mA5.00mA；3.3.测测量量螺螺线线管管中中心心轴轴上上各各点点的的磁磁场场，每每1cm1cm测一个点；测一个点；实验步骤仪器连接；武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心注意事项仪器应预热仪器应预热仪器应预热仪器应预热10101010分钟后测量数据分钟后测量数据分钟后测量数据分钟后测量数据.实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起高电压高电压高电压高电压.实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋钮，使其恢复到起始位置钮，使其恢复到起始位置钮，使其恢复到起始位置钮，使其恢复到起始位置(最小的位置最小的位置最小的位置最小的位置).).).).注意事项仪器应预热10分钟后测量数据.武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心思考题思考题1.产生霍尔效应的机理？2.消除霍尔效应副效应的方法？3.若磁场的法线不是恰好与霍耳元件的法线一致，对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B与元件法线是否一致？4.能否用霍耳元件片测量交变磁场？思考题产生霍尔效应的机理？武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院武汉科技学院理学院 物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心物理实验教学中心谢谢!