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V_H—Is，V_H—I_M曲线，了解霍尔电势差V_H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V_H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I_M）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I_M）时的V₁，V₂，V₃，V₄，

1）+I_s    +B      V₁

2）+I_s    -B       V₂

3）-I_s     -B      V₃

4）-I_s    +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，I_M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I_M正(反)向时, I_S正向和反向时的V_H值填入表1，做出V_H-I_S曲线。

表1      VH-IS  关系测量表       IM =0.45A

2．测量霍尔电压V_H与励磁电流I_M的关系

1）先将Is调节至4.50mA。

2）调节励磁电流I_M如表2，分别测量霍尔电压V_H值填入表2中。

3）根据表2中所测得的数据，绘出I_M—V_H曲线

表2      V_H—I_M 关系测量表      I_S =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。

　

 

第二篇：用霍尔效应测量螺线管磁场实验报告(空)

华 南 师 范 大 学

学院 实验报告 年级 实验日期年 月 姓名 教师评定 实验题目 用霍尔效应测量螺线管磁场

用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法。

一、实验目的

1．了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。

2．学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

二、实验原理

图1所示的是长直螺线管的磁力线分布，有图可知，其内腔中部磁力线是平行于轴线的直线系，渐近两端口时，这些直线变为从两端口离散的曲线，说明其内部的磁场在很大一个范围内是近似均匀的，仅在靠近两端口处磁感应强度才显著下降，呈现明显的不均匀性。根据电磁学毕奥－萨伐尔(Biot?Savat)定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: B中心???N?IML?D22 （1）

理论计算可得，长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁感应强度的1/2：

11??N?IM （2） B端面?B中心??22L2?D2

式中，?为磁介质的磁导率，真空中的磁导率μ0=4π×10-7(T·m/A)，N为螺线管的总匝数，IM为螺线管的励磁电流，L为螺线管的长度，D为螺线管的平均直径。 附加电势差的消除

应该说明，在产生霍尔效应的同时，因伴随着多种副效应（见附录），以致实验测得的电压并不等于真实的VH值，而是包含着各种副效应引起的附加电压，因此必须设法消除。根据副效应产生的机理可知，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除，具体的做法是Is和B(即lM)的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is和B组合的A、A′两点之间的电压V1、 V2、 1

V2、和V4，即

+Is +B V1

+Is -B V2

-Is -B V3

-Is +B V4

然后求上述四组数据V1、V2、V3和V4 绝对值的平均值，可得：

?2?3?4 （3） V?1

4

通过对称测量法求得的VH，虽然还存在个别无法消除的副效应，但其引入的误差甚小，可以略而不计。

三、实验仪器

1．FB510型霍尔效应实验仪；

2．FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管）。

四、实验内容和步骤

1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合实验仪（螺线管）正确连接。把

励磁电流接到螺线管IM输入端。把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数为13.0cm处，调节恒流源2,使Is=4.00mA，按下(VH/Vs)（即测VH），依次调节励磁电流为IM=0~±500mA，每次改变±50mA, 依此测量相应的霍尔电压，并通过作图证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。

2. 放置测量探头于螺线管轴线中心，即13.0cm刻度处，固定励磁电流±500mA，调节霍尔

工作电流为：Is=0~±4.00mA，每次改变±0.50mA，测量对应的霍尔电压VH，通过作图证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。

3. 调节励磁电流为500mA，调节霍尔电流为4.00mA，测量螺线管轴线上刻度为

X=0.0cm~13.0cm，每次移动1cm，测各位置对应的霍尔电势差。(注意,根据仪器设计,这时候对应的二维尺水平移动刻度读数为：13.0cm处为螺线管轴线中心，0.0cm处为螺线管轴线的端面，找出霍尔电势差为螺线管中央一半的数值的刻度位置。与理论值比较，计算相对误差。按给出的霍尔灵敏度作磁场分布B~X图。

4. 用螺线管中心点磁感应强度理论计算值，校准或测定霍尔传感器的灵敏度。

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五、数据处理

1、 证明霍尔电势差(mV)与螺旋管内磁场感应强度成正比（Is=±4.00mA）。

表1测绘VH (mV)与IM (A)实验曲线数据记录表

图1 VH与IM关系曲线

2、 证明霍尔电势差与霍尔电流成正比关系。

表2 V测绘VH (mV)与IS(mA)实验曲线数据记录表（IM=±500mA）

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图2 VH~IS实验曲线图

3、 测量螺线管上每一刻度位置对应的霍尔电势。

图3 B-X关系曲线

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4、 用螺线管中心点磁感应强度理论计算值，校准或测定霍尔传感器的灵敏度。

螺线管匝数： N= 2550 ; 长度L=260mm ；平均直径D=35mm 励磁电流IM= 500mA μ=4π×10-7(T·m/A)

侧可以计算

B中心?霍尔电流IS= ； 霍尔电压VH= , 由VH=KHISB可得，

KH?VH= BIS

相对误差=K测?K标×100%? K标

六、思考题

如果螺线管在绕制中，单位长度的匝数不相同或绕制不均匀，在试验中会出现什么情况？在绘制B-X分布图时，电磁学的端面位置是否与螺线管的几何端面重合？ 5