实验课霍尔效应实验.ppt

大学物理实验霍尔效应研究海南大学 物理实验室,内容介绍,1，背景知识2，实验目的3，实验原理4，实验内容5，注意事项6，数据记录7，思考题8，知识拓展9，操作示范,霍耳在实验中发现：放在磁场中导体块，当通有电流时，除了电流两端有电势差，在与磁场、电流均垂直的方向也有电势差这就是霍耳效应。,霍尔效应是美国物理学家霍尔1879年发现的。,一、背景知识,一、背景介绍,根据霍尔效应原理制备的霍尔元件是一种磁传感器，可将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制.它具有许多优点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。,2.霍尔效应应价值。,二、实验目的,（1）了解霍尔效应微观机理。（2）测绘试样的VH-IS 和VH-IM曲线。,1、霍耳效应的微观机理,三、实验原理,设单位体积内载流子数密度为n，则电流强度为,-霍尔系数,2、电流强度的微观机理,3、测绘曲线基本原理,实验证明：霍耳电势差,式中 K 称作霍耳系数,式中的的为导体块顺着磁场方向的厚度。实验表明：UH与导体块的宽度b无关。,测量磁场,利用此原理制成高斯计测量外界磁场。探头用霍尔元件制成，通过测量 UH，折算成 B。,测量大电流-几万安培,具体运用的两个例子：,用霍尔元件测量大电流周围的磁场，可推算出动力线中流过的电流 I。,再由无限长电流 I 与 B 之间的关系可知 I。,附：本实验中磁场及测量,铁心磁导率，,铁心面束缚电流 线圈中的励磁电流。（同向？反向？）,等效螺线管,强磁场集中到铁心内部且均匀！（p182-19.13),四、实验内容,1，熟悉实验仪器的面板结构，了解各“调节”旋钮的作用和注意事项，正确联线。2，接通电源，预热5分钟。3，保持电流IM400mA不变，改变电流Is,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。4，保持磁场电流Is2.00mA不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。,1.熟悉实验仪器的面板结构，了解各“调节”旋钮的作用和注意事项，正确联线。2，接通电源，预热5分钟。,3，保持电流IM400mA不变，改变电流Is,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。4，保持磁场电流Is2.00mA不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。,五、注意事项：,1.请勿移动霍尔片的位置!2.电流和磁场的正负：(上正下负）闸刀向上合时，电流和磁场的为正。3.仪表稳定后方可读数。4.Is和IM千万不可联错。,六、数据记录表,表一 保持电流IM400mA不变，改变电流Is测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-Is曲线。,表二：保持工作电流Is2.00mA不变，改变电流IM,测量对应的霍尔电压VH，绘制VH-IM曲线。,七、思考题,1，霍耳电压是怎样形成的？,答：霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，正负电荷之间的电位差即为霍尔电压。,2，如何观察不等位效应？如何消除它？,答：这是由于测量霍耳电压的电极A和A位置难以做到在一个理想的等势面上，因此当有电流通过时，即使不加磁场，也会产生附加的电压V0 ISr，其中r为A、A所在的两个等势面之间的电阻。V0的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关，因此，可以通过改变电流的方向予以消除。,量子霍尔效应,克利青在1985年获得了诺贝尔物理奖。,八、知识拓展,分数量子霍尔效应华裔诺贝尔获奖者=崔琦,九、示范操作,实验中的负效应,在产生霍耳效应的同时，因伴随着各种副效应。1.不等势电压（电极位置上下不一致）2.热磁效应的直接附加电压（两电极电阻不等，发热不同）。3.热磁效应的热效应的附加电压,1,（1）不等电势差,不等电势差是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧，如图所示。因此，当电流 流过霍尔元件时，在电极3、4间也具有电势差，记为，其方向只随 方向不同而改变，与磁场方向无关。,3,c,e,消除负效应的办法,采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能把副效应的影响从测量结果中消除.,