中央民族大学实验报告
课程名称: 普通物理
实验名称: 霍尔效应
学 院: 理学院
专 业: 信息与计算科学
报告人: 缪崯森 学号:0932102班级: 信息与计算科学(3)
实验时间: 2010/9/23
一、实验目的与要求
1. 了解产生霍尔效应的物理过程及其测量磁场的原理和方法;
2. 验证霍尔电流与霍尔电压的线性关系;
3. 测定励磁电流与霍尔电压线性关系的范围.
二、实验仪器和用具
LH-A型霍尔效应实验仪器一台、HF-CF型测试仪一台、导线若干.
三、实验原理及内容和方法
1. 实验原理:
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦磁力的作用引起的偏转。将半导体置于图1所示的电场中。半导体长度为,宽度为,厚度为,外磁场沿z轴方向,若半导体中通有电流,沿x轴方向,垂直于,则现在和方向,即沿y方向,出现一个横向电位差,这一现象称霍尔效应,其横向电压称霍尔电压.
设有横向均匀磁场作用在一束以速度为的电子流上,运动电荷受到洛伦磁力为:
………………………………………………………... (1)
其方向沿y轴负方向,造成电子流发生偏转,被推向半导体的下侧(M面),在M上形成负电荷积累,而相对上侧(N面)形成正电荷积累,使M,N面之间建立了电场,其方向沿y轴方向,两侧的霍尔电压;
电子在霍尔电场中受到一个静电场力:
………………………………………………………….. (2)
沿y轴正方向,它将阻碍电子相M面积聚。随着电荷的增加,电场不断增强,直到达到平衡,这时候有:
………………………………………………………..….. (3)
设半导体薄片中电子浓度为,则有:
所以霍尔电压为:
………………………...…….. (4)
式中,称为霍尔系数,它取决于材料的性质,是反映材料霍尔效应的重要参数可以知道;称为霍尔灵敏度,它取决于材料性质和几何尺寸,对于霍尔片来说是个常数,单位为.
对于选定的霍尔片,保持通过它的工作电流值不变,霍尔电压与被测的电磁感应强度成正比:
………………………………………………………......... (5)
2. 实验内容和方法
(1) 测绘曲线,保持不变,调节霍尔元件位置使电压表值最大,调节并依次改变励磁电流和霍尔电流的方向,将霍尔电压记录在表中。
(2) 测绘曲线,保持不变,调节霍尔元件位置使电压表值最大,调节并依次改变励磁电流和霍尔电流的方向,将霍尔电压记录在表中。
四、误差来源及分析
1. 误差来源:(1)电热和温差带来的附加电压。(2)由于霍尔片表面不均匀,使电极位置不匀称,造成不等势电压。
2. 分析:采用换测法消除不等势电压。取电流和磁场的四种状态分别测电压得。求这四个电压绝对值的平均值即:.
五、数据处理分析及结果
1.测绘曲线,保持不变,在表格中记录霍尔电压。
用最小二乘法可知 关联系数
2.测绘曲线,保持不变,在表格中记录霍尔电压。
用最小二乘法可知 关联系数
霍尔效应实验
一、实验目的
1.霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用
2.测绘霍尔元件的VH—Is,VH—IM曲线,了解霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流Is,磁场应强度B及励磁电流IM之间的关系。
3.学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。
4.学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二、实验仪器
霍尔效应实验仪和测试仪
三、实验原理
运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起偏转,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的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场(霍尔电场),这就是霍尔效应的本质。由于产生霍尔效应的同时,伴随多种副效应,以致实测的霍尔电场间电压不等于真实的VH值,因此必需设法消除。根据副效应产生的机理,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。具体的做法是Is和B(即IM)的大小不变,并在设定电流和磁场的正反方向后,依次测量由下面四组不同方向的Is和B(即IM)时的V1,V2,V3,V4,
1)+Is +B V1
2)+Is -B V2
3)-Is -B V3
4)-Is +B V4
然后求它们的代数平均值,可得:
通过对称测量法求得的VH误差很小。
四、实验步骤
1.测量霍尔电压VH与工作电流Is的关系
1)先将Is,IM都调零,调节中间的霍尔电压表,使其显示为0mV。
2)将霍尔元件移至线圈中心,调节IM =0.45A,按表中所示进行调节,测量当IM正(反)向时, IS正向和反向时的VH值填入表1,做出VH-IS曲线。
表1 VH-IS 关系测量表 IM =0.45A
2.测量霍尔电压VH与励磁电流IM的关系
1)先将Is调节至4.50mA。
2)调节励磁电流IM如表2,分别测量霍尔电压VH值填入表2中。
3)根据表2中所测得的数据,绘出IM—VH曲线
表2 VH—IM 关系测量表 IS =4.50mA
五、实验结论
1、 当霍尔电压保持恒定,改变励磁电流时,测量得到的霍尔电压随励磁电流的增加而增加,通过作图发现二者之间也满足线性关系。
2、 当励磁电流保持恒定,改变霍尔电流时,测量得到的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加,通过作图发现二者之间满足线性关系。
六、实验中的注意问题
1、 不要带电接线,中间改变电路时,一定要先关闭电源,再连接电路。
2、 实验完成后要整理实验仪器,先关闭电源,再将电线拆下,捋好后放在实验仪器的右侧。
3、 作图要使用铅笔,先描点,描点要清晰,然后使用平滑曲线连接各点。
七、思考题
1、 实验的原理是什么?
答:法拉第电磁感应原理。
2、 对探测线圈的要求是什么?
答:线圈面积要大小合适,太大无法反映各点磁场的情况,太小则感应电压小,不利于测量。
3、 感应法测磁场为什么不用一般的电压表?
答:因为被测量的电压是交流毫伏量级。
4、 是否能利用本方法测量稳恒磁场?
答:不能,因为根据法拉第电磁感应原理静止探测线圈在稳恒磁场中感应电动势为零。
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