用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告 doc
霍尔效应测磁场实验报告(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】实 验 报 告学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：一、实验室名称：霍尔效应实验室二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场三、实验学时：四、实验原理：（一）霍耳效应现象将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B 的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y 方向）垂直。
如在薄片的横向（X 方向）加一电流强度为H I 的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。
如图1所示，这种现象称为霍耳效应，H U 称为霍耳电压。
霍耳发现，霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比，与磁场方向薄片的厚度d 反比，即d BI RU H H =（1）式中，比例系数R 称为霍耳系数，对同一材料R 为一常数。
因成品霍耳元件（根据霍耳效应制成的器件）的d 也是一常数，故d R /常用另一常数K 来表示，有B KI U H H = （2）式中，K 称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。
如果霍耳元件的灵敏度K 知道（一般由实验室给出），再测出电流H I 和霍耳电压H U ，就可根据式HH KI U B =（3）算出磁感应强度B 。
图 1霍耳效应示意图图2 霍耳效应解释（二）霍耳效应的解释现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。
当沿X 方向通以电流H I 后，载流子（对N 型半导体是电子）e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B 的磁场中，电子将受到洛仑兹力的作用，其大小为evB f B =方向沿Z 方向。
在B f 的作用下，电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E （见图2），它会对载流子产生一静电力E f ，其大小为H E eE f =方向与洛仑兹力B f 相反，即它是阻止电荷继续堆积的。
当B f 和E f 达到静态平衡后，有E B f f =，即b eU eE evB H H /==，于是电荷堆积的两端面（Z 方向）的电势差为vbB U H = （4）通过的电流H I 可表示为nevbd I H -=式中n 是电子浓度，得nebdI v H -=（5）将式（5）代人式（4）可得 nedBI U H H -= 可改写为B KI dBI RU H H H == 该式与式（1）和式（2）一致，neR 1-=就是霍耳系数。
用霍耳传感器测量螺线管磁场
4、 如何测量不同长度的螺线管的磁场分布，考察均匀区与长度的关 系？（可以设计一下实验。）
七、数据记录
八、数据处理
九、实验结果与分析
十、实验小结与体会
换 向 前 换 向 后
换 向 前 换 向 后
六、预习思考题
1、 什么是霍尔效应？在科研中有什么用途？
2、 如果螺线管在绕制中两边单位长度的匝数不同或者绕制不均匀，会 引起什么情况？
3、 在螺线管中电流恒定（例如100mA）的条件下，移动传感器在螺线管 上的位置，测量关系。的范围是0～30cm，为什么两端的测量数据因 该比中心位置附近的测量数据点密集些？
换 向 前 换 向 后
换 向 前 换 向 后
7.0 8.0 9.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 21.0 22.0 23.0
换 向 前 换 向 后
换 向 前 换 向 后
24.0 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0
实验总评 成绩
重庆科技学院大学物理 实验报告
第 个实验报告
课程名 大学物 称 理实验
实验项目名称
用霍尔传感器测量螺 线管磁场
开课院系及 数理学院大学物理实验 实验日期
实验室
教学中心
指
姓名
专业 班级
学号
导 教
师
教师评语：
改时间： 在实验室预习 的时间
1、 实验目的
评阅教师签字：
批
在实验室预习好后 指导教师签字
2、或仪器误差等)
4、
实验内容及步骤
五、数据记录表格
1、 霍尔传感器的灵敏度的测定 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
霍尔法测螺线管磁场实验报告
在一定磁场强度范围内，霍尔元件的输出电压与磁场强度呈线性关 系。
03 实验步骤
搭建实验装置
准备实验器材
01
螺线管、霍尔元件、电源、测量仪表等。
搭建实验装置
02
将螺线管放置在测量台上，将霍尔元件与测量仪表连接，并将
电源接入螺线管。
检查装置
03
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
确保所有连接正确无误，电源正常工作，测量仪表处于校准状
误差来源
实验中可能存在的误差来源包括测量 设备的精度问题、环境因素等。
误差分析
我们对误差来源进行了详细分析，并 计算了误差对实验结果的影响程度。 结果显示，误差对实验结果的影响较 小，实验结果可靠。
05 实验结论与建议
实验结论
01
霍尔效应法能够准确测量螺线管磁场强度，测量结果与理论值 基本一致。
掌握霍尔元件的使用方法
霍尔元件的安装
将霍尔元件放置在螺线管内部 导体上，确保连接牢固，避免
接触不良。
霍尔元件的校准
在测量前需要对霍尔元件进行 校准，以确保测量结果的准确 性。
霍尔元件的读数
根据霍尔元件的输出电压，可 以计算出磁场强度的大小。
注意事项
使用霍尔元件时要避免过载和 高温，以免损坏元件。
02 实验原理
磁场方向与电流方向的关系： 右手定则，即四指环绕电流方 向，大拇指指向即为磁场方向。
磁场强度与电流大小的关系： 电流越大，磁场强度越大。
霍尔元件的工作原理
霍尔元件的构造
通常由半导体材料制成，具有两个平行的电极，当电流通过时， 在电极之间产生电势差。
霍尔元件的输出信号
当霍尔元件处于磁场中时，由于霍尔效应产生的电势差会使得电极 之间产生电压输出。
测螺线管磁场实验报告
输入数据时在所要输入的空格处单击鼠标左键，再用键盘输入数据即可。
画线时先在坐标图上单击鼠标左键描点，描点完毕点击“画线”可画线，如描点错误可在错点处再单击鼠标左键即可删除该点，点击“清画布”可删除所有点，点击“返回”返回实验操作界面。
6．实验报告
选择“实验报告”菜单项并单击，可调用实验报告系统，将前面所得数据记录到实验报告中以备教师检查，具体操作见实验报告说明。
在此界面的上部单击鼠标右键将弹出主菜单，做完实验内容一后选择实验内容二、实验内容三继续实验。
实验时点击“实验参数”可打开实验参数文档，双击其上的蓝条关闭此文档；点击“实验内容”打开实验内容文档，双击其上的蓝条关闭此文档；实验时按实验内容文档的步骤进行实验，点击“数据记录及处理”打开数据处理窗口，将测量数据记录到相应的位置，数据处理窗口如图6。
测量螺线管内磁场实验仪器包括：铜导线螺线管、霍尔元件（轴向磁场探针）、（毫）特斯拉计、电流源。
图2 :铜导线螺线管
图3 :霍尔元件（轴向磁场探针）
上图为轴向磁场探针，伸入螺线管中用于测量磁场强度，探针的另一端接在特斯拉计之上，由特斯拉计给出磁场强度的读数。
图4 :（毫）特斯拉计
给出磁场强度的读数。与测量直流导体外磁场中使用的特斯拉计相似。
图5 :电流源
为铜导线螺线管供电，产生磁场。
实验重点
1．掌握探测线圈法测量交变磁场的方法。
2．测量螺线管轴线上的磁场分布。
3．加深理解电磁感应定律及磁场的特。实验难点1．探测线圈法测量磁场的线路设计与连接，包括单刀双掷开关及交流毫伏计的使用。
2．低频信号发生器的使用。
3．互感现象的观察及线路设计。
图3
用鼠标操作滚动条，可使画面上下滚动。
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 普通物理 实验报告 年级 专业 实验日期 2011 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)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 22M DL I N B +••μ=中心 （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1/2：22M D L I N 21B 21B +••μ•==中心端面 （2）式中，μ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，I M 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V H 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l M )的大小不变，并在设定电流和磁场的正、反方向后，依次测量由下列四组不同方向的Is 和B 组合的A 、A′两点之间的电压V 1、 V 2、V 2、和V 4，即+Is +B V 1 +Is -B V 2 -Is -B V 3 -Is +B V 4然后求上述四组数据V 1、V 2、V 3和V 4 绝对值的平均值，可得：44321V V V V V +++= （3） 通过对称测量法求得的V H ，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。
大学物理(精品本科)4霍尔效应测量通电螺线管的磁场.docx
霍尔效应测量通电螺线管的磁场一、 实验目的1. 了解霍尔效应及其规律。
2. 了解和熟悉集成霍尔传感器的特性和应用。
3. 测定集成霍尔传感器的灵敏度。
4. 测量通电螺线管内的磁场分布。
二、 实验仪器ICH-1新型螺线管磁场测定仪。
ICH-1新型螺线管磁场测定仪的测量范围为-67〜+67111T,灵敏度为31.3±1.3V/T,由SS95A 型集 成霍尔传感器探测棒、螺线管、直流恒流电源（0〜0.5A ）、直流稳压电源（2.4〜2.6 V 和4.8〜5.2 V 两档）、 数字电压表（19.999 V 和1999.9mV 两档）、双刀换向开关和单刀换向开关各一个、导线若干组成。
三、 实验原理1. 霍尔效应1879年，美国物理学家E ・H •霍尔在实验中发现， 当有电流沿着垂直于磁场的方向通过导体或半导体 时，在垂直于电流和磁场方向，导体或半导体的两侧 之间会出现横向电势差，这种现象称为霍尔效应。
在 与电流及磁场垂直方向上产生的电势差称为霍尔电 势差（如图1所示）。
实验表明C/H =(心)IB = K n IB d其中，是产生的霍尔电势差，是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数称为霍尔系数，B 为磁 感应强度，/为流过霍尔元件的电流强度，K H 称为霍尔元件的灵敏度。
2. 霍尔传感器虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用（即5 = 0）时，霍尔电势差等于零（0）=0）,但实际实 验中用数字电压表测量时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等加工工艺以及附 加效应的影响，产生了附加电势差，该电势差称为剩余电压。
本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器，其霍尔元件结构见图2。
该传感器是一种高灵敏度集成霍尔 传感器，由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响 已被消除。
集成霍尔传感器有三根引线，分别是:“？+”、W 其中“叮'和“7”构成电流输入端，和构成电压输出端。
大学物理实验报告螺线管磁场的测量
⼤学物理实验报告螺线管磁场的测量实验报告螺线管磁场得测量霍尔效应就就是导电材料中得电流与磁场相互作⽤⽽产⽣电动势得效应。
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种电磁现象,故称霍尔效应。
后来曾有⼈利⽤霍尔效应制成测量磁场得磁传感器,但因⾦属得霍尔效应太弱⽽未能得到实际应⽤。
随着半导体材料与制造⼯艺得发展,⼈们⼜利⽤半导体材料制成霍尔元件，由于它得霍尔效应显著⽽得到实⽤与发展,现在⼴泛⽤于⾮电量得测量、电动控制、电磁测量与计算装置⽅⾯。
在电流体中得霍尔效应也就就是⽬前在研究中得“磁流体发电”得理论基础。
近年来,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得输运特性,在低温与强磁场下发现了量⼦霍尔效应，这就就是凝聚态物理领域最重要得发现之⼀。
⽬前对量⼦霍尔效应正在进⾏深⼊研究,并取得了重要应⽤,例如⽤于确定电阻得⾃然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。
在磁场、磁路等磁现象得研究与应⽤中,霍尔效应及其元件就就是不可缺少得,利⽤它观测磁场直观、⼲扰⼩、灵敏度⾼、效果明显。
本实验采取电放⼤法,应⽤霍尔效应对螺线管磁场进⾏测量。
关键词：霍尔效应;霍尔元件;电磁场;磁场⼀、实验⽬得1、了解螺线管磁场产⽣原理。
2、学习霍尔元件⽤于测量磁场得基本知识。
３、学习⽤“对称测量法”消除副效应得影响,测量霍尔⽚得UH -IS(霍尔电压与⼯作电流关系)曲线与ＵH －IM，B－IM(螺线管磁场分布)曲线。
⼆、实验原理霍尔效应从本质上讲,就就是运动得带电粒⼦在磁场中受洛伦兹⼒得作⽤⽽引起得偏转。
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与磁场得⽅向上产⽣正负电荷在不同侧得聚积，从⽽形成附加得横向电场。
如图所⽰,磁场B位于Z轴得正向,与之垂直得半导体薄⽚上沿Ｘ轴正向通以电流ＩS(称为⼯作电流),假设载流⼦为电⼦(N型半导体材料),它沿着与电流IS相反得X轴负向运动。
5.霍尔效应测量磁场 实验报告
霍尔效应测量螺线管磁场实验时间：2020年9月8日周二一、实验目的1、了解霍尔效应原理2、测绘霍尔元件的Vh-Is，Vh-I曲线，了解霍尔电势差Vh与霍尔元件工作电流Is，励磁电流I之间的关系及计算霍尔元件的灵敏度KHo3、利用霍尔效应测量螺线管磁场分布。
4、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二、实验原理1、霍尔效应运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而偏转。
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。
如图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正向通以工作电流厶，假设载流子为电子(N型半导体材料)，它沿着与电流人相反的X负向运动。
洛伦兹力用矢量式表示为：f L =-e V• B式中e为电子电量，诺为电子运动平均速度，B为磁感应强度。
由于洛伦兹力内的作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力左的作用。
随着电荷积累量的增加，队增大,当两力大小相等(方向相反)时,则电子积累便达到动态平衡。
这时A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场％,相应的电势差称为霍尔电势V H。
电场作用于电子的力为：即霍尔电压与Is，B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
当霍尔元件的厚度确定时，设：K H=R H /d = 1/ned(6)则(5)式可表示为：V H=K H I S B(7)K H称为霍尔元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位工作电流下的霍尔电压大小，其单位是［V/A-T}, 一般要求K"愈大愈好。
由于金属的电子浓度n很高，所以它的或K H都不大，因此不适宜作霍尔元件。
此外元件厚度d愈薄，V H愈高,所以制作时，往往釆用减少d的办法来增加灵敏度。