霍尔效应法测量通电螺线管内部的磁场的数据处理及作图
实验11利用霍尔效应测量螺线管磁场
实验11 利用霍尔效应测量螺线管磁场实验讲义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.【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。
【实验原理】长直通电螺线管中心点磁感应强度理论值根据电磁学毕奥－萨伐尔)Savat Biot (-定律，通电长直螺线管轴线上中心点的磁感应强 度为:： 22M DL I N B +∙∙μ=中心 （1）螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为： 22M DL 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()A /m T 10470∙⨯π=μ-，N 为螺线管的总匝数，M I 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。
【实验仪器】FB510型霍尔效应实验仪, FB510型霍尔效应组合测试仪【实验内容】1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合测试仪正确连接。
把励磁电流接到螺线管M I 输入端。
按下实验项目转换按钮，使测量功能指向螺线管磁场测量。
响应的指示灯亮。
2. 把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数为cm 0.13处，调节恒流源2,使mA 00.4I S =，不按()S H V /V （即测H V ，依次调节励磁电流为,mA 1000~0I M ±=每次改变mA 100±,测量霍尔电压，并证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。
3. 放置测量探头于螺线管轴线中心，即cm 0.13刻度处，固定励磁电流mA 1000±，调节霍尔工作电流为：,mA 00.4~0I S ±=每次改变mA 50.0±，测量对应的霍尔电压H V ，证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。
霍尔法测量通电螺线管内的磁场分布实验讲义
用上述测量数据得到的斜率 U ，以通电螺线管中心点磁感应强度理论计算值为标准 I M
值，计算 95A 型集成霍尔传感器的灵敏度 K。
对于有限长螺线管来说，管中的磁感应强度理论计算值为 B 0
N L2 D2
IM
。95A
型集
成霍尔传感器的灵敏度 K 的定义为 K U 。由此可知，对于有限长螺线管，集成霍尔传
点，那么式(9)可写作：
B
1 2
0
N L
I
l0 x
R2 l0 x2
l0 x
R2
l0
x2
(12)
由式(12)可求得螺线管中心（ x 0 ）处的磁感应强度为：
B0 0
NI L2 D2
(13)
同样，可求得螺线管两端，如右端（ x l0 ）处的磁感应强度为：
BL
2
1 2
0
N L2 R2
当螺线管无限长时，在螺线管中心， 1=0、2 ，则磁感应强度为
B
0
N L
I
(10)
在两端，如左端， 1 0,
2
2
，仍带入式（9），求出端部的磁感应强度为
B
1 2
0
N L
I
(11)
可见无限长螺线管螺线管两端的磁感应强度值等于螺线管中心的磁感应强度值一半。
图 3 螺线管剖面示意图
若螺线管的长度有限，设长度为 L 2l0 ，直径为 D 2R ，取螺线管的中点 O 为 x 轴的原
片（图中所示为 n 型半导体，其载流子为带负电荷的 w
电子），且磁场 B 垂直作用于该半导体，则由于受到洛
伦茨力的作用，在薄片 b 侧将有负电荷积聚，使薄片
b 侧电势比 a 侧低。这种当电流垂直于外磁场方向通 过半导体时，在垂直于电流和磁场的方向，半导体薄
用霍尔效应测量螺线管磁场
20112401075，陈史洁，化教6班实验八 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 DL 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。
用霍尔元件测螺线管磁场实验报告
实验三十 用霍尔元件测螺旋磁场【实验目的】1. 学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。
2. 学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。
【实验仪器】TH —H 型霍尔效应实验组合仪。
【实验原理】 1. 霍尔效应霍尔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，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。
如图3-31-1所示的半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样'-A A 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向 取决于式样的导电类型。
对于图3-31-1(a)所示的N 型试样，霍尔元件逆Y 方向，图3-31-1(b)的P 型试样则沿Y 方向。
即有 )(0)()(0)(型型P Y E N Y E h h ⇒<⇒<*（注 （a ）载流子为电子)(型N （b ） 载流子为空穴)(型P ）显然，霍尔电场H E 是阻止载流电子继续向侧面偏移，当载流电子所受的横向电场力H eE 与洛伦兹力B v e 相等时，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故有B v e eE H =( 3-31-1)图 3-31-1 霍尔效应实验原理示意图式中，H E 为霍尔电场；v 是载流电子在电流方向上的平均漂流速度。
设试样的宽为b ，厚度d ，载流子浓度为n ，则bd v ne I S =( 3-31-2)由式（3-31-1）、式（3-31-2）可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1( 3-31-3)即霍尔电压H V ('A A 、电极之间的电压)与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。
比例系数neR H 1=称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。
只要测出H V )V （以及知道)()Gs B A I S 、（和)(cm d ，可按下式计算)/(3C cm R H810⨯=BI dV R S H H ( 3-31-4)上式中的810是由于磁感应强度B 用电磁单位高斯)(Gs ，d 用厘米)(cm 单位，而其他各量均采用国际制单位引入。
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。
霍尔效应法测定螺线管.pdf
TH-S 型螺线管磁场测定实验组合仪
3．学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。 二、实验原理 1．霍尔效应法测量磁场原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑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的方向上产生正负 电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图（1） （a）所示的 N 型半导体试 样，若在 X 方向的电极 D、E 上通以电流 Is，在 Z 方向加磁场 B，试样中载流子（电子）将受 洛仑兹力
件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。I s 称为控制电流。H 为mV，则K H 的单位为mV/（mA·KGS）
RH 1 = 称为霍尔元件灵敏度（其值由制造厂家给出） ，它表示该器 d ned
K H 越大，霍尔电压V H 越大，霍尔效应越明显。从应用上讲，K H 愈大愈好。K H 与载流子浓 度n成反比， 半导体的载流子浓度远比金属的载流子浓度小， 因此用半导体材料制成的霍尔元件， 霍尔效应明显，灵敏度较高，这也是一般霍尔元件不用金属导体而用半导体制成的原因。另外， K H 还与d成反比， ，因此霍尔元件一般都很薄。本实验所用的霍尔元件就是用N型半导体硅单晶 切薄片制成的。 由于霍尔效应的建立所需时间很短（约 10-12—10-14s） ，因此使用霍尔元件时用直流电或交 流电均可。只是使用交流电时，所得的霍尔电压也是交变的，此时，式（7）中的I s 和V H 应理解 为有效值。 根据 （7）式， 因K H 已知， 而Is由实验给出，所以只要测出V H 就可以求得未知磁感应强度B。
-7
(10)
其中μ O 为真空磁导率，μ O =4π×10 亨利/米，N为螺线管 单位长度的线圈匝数，I M 为线圈的励磁电流，β 1 、β 2 分别为点 P 到螺线管两端径失与轴线夹角，如图（2）所示。
霍尔效应法测量磁场
霍尔效应测磁场霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。
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的磁传感器，但因金属的霍尔效应太弱而未能得到实际应用。
随着半导体材料和制造工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到实用和发展，现在广泛用于非电量的测量、电动控制、电磁测量和计算装置方面。
在电流体中的霍尔效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。
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的输运特性，在低温和强磁场下发现了量子霍尔效应，这是凝聚态物理领域最重要的发现之一。
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，例如用于确定电阻的自然基准，可以极为精确地测量光谱精细结构常数等。
在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍尔效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高、效果明显。
【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，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is、磁感应强度B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。
【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仑兹力的作用而引起的偏转。
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13-1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相反的X负向运动。
由于洛仑兹力f L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。
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。