实验五用霍尔元件测量磁场
实验523用霍尔元件测磁场
实验5-23用霍尔元件测磁场霍尔效应是磁电效应的一种。
当在载流导体的垂直方向上加上磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。
这一现象是霍尔于1879年发现的。
被称为“霍尔效应”。
具有这种效应的不仅是金属，还有半导体、导电流体等。
而半导体的霍尔效应比金属强得多。
半导体霍耳器件在磁测量中应用广泛。
它可用来测量强电流、压力、转速、流量、半导体材料参数等，在自动控制等技术中的应用也越来越多。
【实验目的】1．了解产生霍尔效应的物理过程。
2．学习用霍尔元件测量通电螺线管内部的磁场。
【仪器器材】HLZ-2型霍尔元件测螺线管磁场仪、UJ37型电位差计、直流安培表、直流毫安表、 直流稳压电源、电阻箱、变阻器等。
【实验原理】 一、霍尔效应原理霍尔元件是根据霍尔效应原理研制的一种磁电转换元件，是由半导体村料做成的。
如图5-23-1所示，把一块n 型（载流子是电子）半导体薄片放在垂直于它的磁场B 中，在薄片的四个侧面A 、A '及D 、D '，分别引出两对导线，当沿A 、A '方向通过电流I 时，薄片内定向移动的电子将受到洛仑磁力B f 的作用，其大小为B f evB = （5-23-1）式中，e 为电子的电量，B 为磁感应强度，v 为电子的移动速度。
电子受力偏转的结果，使得电荷在D 、D '两侧聚积而形成电场，这个电场又给电子一个与B f 反方向的电场力E f 。
两侧电荷积累越多，E f 便越大。
当B f ＝E f 时，电荷的积累达到动态平衡。
此时，在薄片D 、D '之间建立的电场称为霍尔电场，相应的电势差称为霍尔电压H U ，这种现象即为霍尔效应。
设b 、d 分别为薄片的宽度和厚度，n 为电子浓度，当B f ＝E f 时HV evB eb= （5-23-2） 又I evbdn =-（5-23-3）由式（5-23-2）和（5-23-3）可得H H IBV K IB end=-= （5-23-4） 图5-23-1 霍尔效应原理图式中1()H K end =-叫做霍尔元件的霍尔系数。
霍尔元件测量磁场实验报告
霍尔元件测量磁场实验报告1. 引言嘿，大家好，今天咱们来聊聊一个酷炫的实验，那就是用霍尔元件测量磁场。
这玩意儿听起来可能有点高深，但其实也没那么复杂。
就像喝水一样，简单明了，来，跟我一块儿探究吧！霍尔元件，它的工作原理就像魔法一样。
你只需把它放到磁场中，它就能告诉你磁场的强度。
是不是很神奇？而且我们用这个实验，不仅能让大家对物理有更直观的认识，还能让学习变得更有趣，谁不想当个科学小达人呢？2. 实验原理2.1 霍尔效应首先，咱们得聊聊霍尔效应。
简单来说，就是当电流流过一个导体，放在垂直磁场里时，导体的一侧会出现电压差，这就是霍尔电压。
哇，这个原理听起来就像是在讲故事一样，对吧？电流、磁场、电压，这些元素混在一起，真的是一场科学的盛宴。
霍尔元件通过这种效应，能把磁场的强度转化成电信号，太厉害了！2.2 实验准备在实验之前，咱们得准备一些材料。
别担心，所需的东西可不复杂：一个霍尔元件、一块电源、一根电流表，还有一个可以调节磁场的装置。
哦，对了，还有个小黑板，用来记录数据。
只要把这些东西都准备好，就可以开始这场科学之旅啦！记得保持耐心哦，科学可不是一蹴而就的事情。
3. 实验步骤3.1 连接电路接下来，咱们开始实验。
首先，把霍尔元件连上电源。
电流一开，霍尔元件就开始“工作”了。
真是好像打开了一扇新世界的大门！记得检查一下连接是不是牢靠，别让电流跑了。
这就像养花，浇水的时候要保证水分足够，也不能太多，否则就容易烂根。
3.2 测量磁场好了，现在就轮到咱们测量磁场了。
把霍尔元件放进调节好的磁场里，慢慢调整磁场强度。
每次调整后，看看电流表上的数值，哇，真的是一目了然，数据在眼前一闪一闪的，就像星星一样。
记得要记录下每个强度对应的电压哦，数据可不能遗漏！这些数据将来可是你展示成果的“秘密武器”呢！4. 数据分析4.1 结果讨论当数据收集完后，咱们就要进行数据分析了。
看看这些数值有没有规律，能不能从中找到一些有趣的结论。
霍尔效应法测磁场的实验报告
霍尔效应法测磁场的实验报告一、实验目的本实验旨在通过霍尔效应法测量不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出磁场的大小。
二、实验原理1. 霍尔效应当导体中有电流流过时，如果将另一个垂直于电流方向和导体面的磁场施加在导体上，则会产生一种称为霍尔效应的现象。
该效应表明，在垂直于电流方向和导体面的方向上，将会产生一个电势差，这个电势差就叫做霍尔电压。
2. 磁场大小计算公式根据霍尔效应原理，可以得到计算磁场大小的公式为：B = (VH/IR)×1/K其中，B表示磁场强度；VH表示测得的霍尔电压；I表示通过样品的电流；R表示样品材料的电阻率；K表示霍尔系数。
三、实验器材1. 万用表2. 稳压直流电源3. 磁铁4. 霍尔元件四、实验步骤及数据处理1. 将稳压直流电源接入到霍尔元件上，并设置合适的输出电压和输出电流。
2. 将磁铁放置在霍尔元件的两侧，使磁场垂直于霍尔元件的平面。
3. 测量不同磁场强度下的电压值，并记录数据。
4. 计算出每个电压值对应的磁场大小，并绘制磁场强度与电压之间的关系曲线。
5. 根据实验数据计算出样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行比较分析。
五、实验结果分析通过实验测量得到了不同磁场强度下的霍尔电压，根据计算公式可以得到相应的磁场大小。
绘制出了磁场强度与电压之间的关系曲线，可以看出二者呈现线性关系。
通过计算得到样品材料的电阻率和霍尔系数，可以发现不同样品材料具有不同的电阻率和霍尔系数，这也说明了不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的。
六、实验结论本次实验通过测量霍尔效应法测量了不同磁场强度下的霍尔电压，并计算出了相应的磁场大小。
通过数据处理得到了样品材料的电阻率和霍尔系数，并进行了比较分析。
实验结果表明，不同材料对于磁场强度的响应程度是不同的，这也为磁场探测提供了一定的参考依据。
用霍尔效应测量磁场实验报告
用霍尔效应测量磁场实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压，并计算磁场强度。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这种现象称为霍尔效应。
设导体的厚度为 d，宽度为 b，通过的电流为 I，磁场强度为 B，电子的电荷量为 e，电子的平均漂移速度为 v，则霍尔电压 VH 可以表示为：VH ＝ KHIB/d其中，KH 为霍尔元件的灵敏度。
三、实验仪器1、霍尔效应实验仪。
2、直流电源。
3、数字电压表。
4、特斯拉计。
四、实验步骤1、按照实验仪器的说明书连接好电路，确保连接正确无误。
2、打开直流电源，调节电流输出，使通过霍尔元件的电流达到一个预定的值，例如 I ＝ 500mA。
3、将特斯拉计探头放置在霍尔元件附近，测量磁场强度 B。
记录此时的磁场强度值 B1。
4、改变磁场方向，再次测量磁场强度 B，记录为 B2。
5、移动霍尔元件在磁场中的位置，测量不同位置处的霍尔电压VH。
6、改变通过霍尔元件的电流大小，重复步骤3 5，测量多组数据。
五、实验数据记录与处理｜电流 I （mA) ｜磁场强度 B1 （T) ｜磁场强度 B2 （T) ｜霍尔电压 VH1 （mV) ｜霍尔电压 VH2 （mV) ｜｜｜｜｜｜｜｜ 500 ｜ 010 ｜－010 ｜ 250 ｜－250 ｜｜ 1000 ｜ 020 ｜－020 ｜ 500 ｜－500 ｜｜ 1500 ｜ 030 ｜－030 ｜ 750 ｜－750 ｜根据实验数据，计算霍尔元件的灵敏度 KH。
以电流 I ＝ 500mA 为例：KH ＝ VH1 ／（I × B1 × d) ＝ 250 ／（500 × 010 × d)同理，可计算其他电流下的 KH 值，并取平均值。
六、实验误差分析1、系统误差实验仪器本身的精度限制，如直流电源的输出稳定性、数字电压表的测量精度等。
霍尔效应测磁场实验步骤
霍尔效应测磁场实验步骤霍尔效应是一种基于洛伦兹力的物理现象，利用该现象可以测量磁场的强度。
下面将介绍一种利用霍尔效应测磁场的实验步骤。
实验步骤如下：1. 准备实验装置：首先需要准备一个霍尔元件、一个恒定电流源、一个恒定磁场源和一个电压测量仪器。
霍尔元件是实验中必需的关键元件，它具有精确的尺寸和材料特性，能够产生稳定的霍尔电压。
2. 将霍尔元件固定在实验台上，并连接电路：将霍尔元件固定在实验台上，然后将电路连接起来。
首先将恒定电流源的正极和负极分别连接到霍尔元件的两个接线端，并确保电流的方向与霍尔元件的方向垂直。
接下来，将电压测量仪器的两个探头分别连接到霍尔元件的两个接线端，以测量霍尔电压。
3. 施加恒定磁场：利用磁场源产生一个恒定的磁场，并将其垂直于霍尔元件和电流方向。
可以通过调节磁场源的位置和强度来实现磁场的控制和调节。
4. 测量霍尔电压：在施加恒定磁场的同时，使用电压测量仪器测量霍尔电压。
霍尔电压的大小和方向与磁场的强度和方向有关。
霍尔电压的测量可以通过调节电压测量仪器的量程和灵敏度来实现。
5. 分析实验数据：根据测得的霍尔电压值，可以利用霍尔效应的数学表达式计算出磁场的强度。
霍尔效应的数学表达式与霍尔元件的几何形状和材料特性有关，可以在实验前进行理论计算和准备。
需要注意的是，在进行实验前应该先校准实验装置，确保各个元件的性能和参数都正常。
此外，实验过程中应尽量避免干扰源的存在，以确保测量结果的准确性。
总结：通过以上步骤，我们可以利用霍尔效应来测量磁场的强度。
霍尔效应测磁场的实验步骤包括准备实验装置、连接电路、施加恒定磁场、测量霍尔电压和分析实验数据。
通过实验测量和数据分析，我们可以得到磁场的强度值。
霍尔效应测磁场的实验方法简单易行，广泛应用于科研实验和工程技术领域。
利用霍尔效应测磁场
实验6.17 利用霍尔效应测磁场1. 实验目的(1) 了解用霍尔器件测磁场的原理；(2) 掌握用霍尔器件测量长直螺线管内部磁场的方法；(3) 掌握检测一对共轴线圈耦合程度的方法。
2. 实验仪器HCC-1型霍尔效应测磁仪，HCC-1型交直流电源，长直螺线管和亥姆霍兹共轴线圈对。
3. 仪器简介HCC-1型霍尔效应测磁仪由下面五个分离部件组合而成：（1）霍尔测磁传感器霍尔测磁传感器又称为霍尔探杆。
探杆直径为6.0mm, 长度(含手柄)为520.0mm, 其前面400.0mm有毫米刻度, 可以方便地确定探杆前端(探头)在磁场中的位置。
探头内安装有HZ-2 型霍尔器件, 作为测磁传感器。
每个霍尔器件的灵敏度K H已标在霍尔探杆的手柄上。
（2）HCC-1 型霍尔效应测磁仪该仪器又称为霍尔电压测量仪。
它的前面板如图6.17-1所示。
将“调零与测量”开关拨至“× 1”档, 可以测量0 ~ 0.75mV的霍尔电压。
HCC-1型霍尔效应测磁仪还可以给霍尔器件提供0 ~ 20mA的控制电流。
图6.17-1 HCC-1型霍尔效应测磁仪的前面板图（3）HCC-1型交直流电源该电源可以提供交流4.0V、8.0V或直流0.0 ~ l0.0V、最大电流为2.0A的激磁电流。
它的前面板如图6.17-2所示。
（4）长直螺线管它是用线径Ф=1.0rnrn的漆包线在有效长度L =30.0cm的骨架上按n =36 ·匝cm-1 密度绕成直径为24.0mm的螺线管，两端口总长32.0cm。
（5）共轴线圈对它是装在一个带毫米刻度尺座架上的一对线圈, 其中一个线圈可以在座架上移动, 以改变两个线圈中心之间的距离。
线圈的线径Ф= 0.9mm, 每个线圈的匝数N =360匝, 直径D =13.6cm 。
4. 实验原理（1）用霍尔器件测磁场的原理如图6.17-3所示, 把一金属薄片放在磁场中, 磁感应强度B 垂直于薄片向上, 当在MN方向通入电流(称为控制电流)I 时, 在P 、Q 两侧面之间就会产生一定的电势差。
用霍尔元件测量磁场实验报告
用霍尔元件测量磁场实验报告实验报告：用霍尔元件测量磁场实验目的：本实验旨在通过实验操作，掌握使用霍尔元件对磁场进行测量的方法，以及训练实验者的实验操作技能和数据处理能力。
实验仪器：1. 霍尔元件；2. 强磁铁；3. 安培计；4. 电源；5. 其他所需器材和工具。
实验原理：霍尔效应是在电场和磁场同时存在时，载流子在材料中受到的洛伦兹力的影响，从而引起跨导电势的现象。
跨导电势可以通过安装在载流子流经处的霍尔元件进行测量。
通过对霍尔电势的测量可以得到材料所处磁场的磁感应强度。
实验步骤：1. 准备实验所需器材和工具，将强磁铁放于霍尔元件所在位置；2. 打开电源，将电流调节到所需实验数值，记录下电流的值；3. 记录下安培计测量到的受载流子极板宽度的值；4. 根据实验要求调整强磁铁的位置，使磁场方向达到要求；5. 将电源参数改变后，重新记录电流和安培计测量到的受载流子极板宽度的值；6. 对实验数据进行处理，得到所需结果。
实验结果：通过实验操作，测得不同磁场条件下的霍尔电势值，得到所需数据。
根据计算得到的数值，可以得到所需结果。
实验结论:1. 本实验通过实验操作，掌握了使用霍尔元件对磁场进行测量的方法。
2. 经过实验数据的处理，根据计算所得结果可以知道，在不同磁场强度下，测得的霍尔电势值不同，强度越大，电势值越大。
3. 本实验通过实验操作，训练了实验者的实验操作技能和数据处理能力，使其掌握了实验分析的方法和技巧。
实验注意事项：1. 在实验过程中，应该注意安全，不得使用过大的电流和磁场。
2. 在实验前，需要对实验器材及仪器进行严格的检查和调试，确保器材完好、仪器可靠。
3. 在实验过程中，需要仔细观察实验现象，正确记录和处理数据，尽量避免误差和偏差。
4. 在实验后，及时整理数据并进行结果分析，撰写实验报告。
总之，本实验是一次较为全面、系统的实验，不仅为学生提供了掌握物理实验技能的机会，也为他们以后从事相关工作打下了坚实的基础。
霍尔元件测磁场的实验报告
2.04
-1.98
1.73
1.86
1.000
-2.13
2.47
-2.41
2.18
2.30
霍尔电压与霍尔电流的关系曲线 霍尔电压与励磁电流的关系曲线
从图上可以清楚看到霍尔电压与霍尔电流，励磁电流之间成线性关系。
3.表3 Is=8.00mA Im=0.800AX=14-X1-X2
X1
X2
X
V1(mV)
2.00
-1.95
1.74
1.84
0.110
14.0
0.0
0.0
-1.67
1.98
-1.93
1.73
1.83
0.109
14.0
3.0
-3.0
-1.69
1.99
-1.94
1.74
1.84
0.110
14.0
6.0
-6.0
-1.69
1.99
-1.94
1.74
1.84
0.110
14.0
9.0
-9.0
-1.68
5.调节探头位置时应将闸刀开关K1，K3断开，避免霍尔片和螺线管长期通电发热。
6.实验中产生的副效应及其消除方法
实际测量时所测得的电压不只是VH，还包括其他因素带来的附加电压。下面首先分析其产生的原因及特点，然后探讨其消除方法。
(1)．不等势电压
由横向电极位置不对称而产生的电压降V0，
它与外磁场B无关，仅与工作电流IS的方向有关。
不同载流子类型的霍尔片在相同条件下，产生的电动势在方向上会有差异。
霍尔片位置及螺线管线圈绕向如图所示，实验中霍尔电流，励磁电流和霍尔电压极性如下表：
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实验五用霍耳元件测量磁场
一、实验目的
1．了解霍耳效应的产生机理。
2．掌握用霍耳元件测量磁场的基本方法。
二、实验仪器
霍尔效应实验仪。
三、实验原理
1、什么叫做霍耳效应？
若将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B（沿z轴）垂直于电流I H（沿x轴）的方
向，如图1
U H，这个现象称
为霍耳效应。
图1 霍耳效应原理
这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。
霍耳效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。
还可以用霍耳效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。
用霍耳效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
（1）用什么原理来解释霍耳效应产生的机理？
霍耳电势差是这样产生的：当电流I H通过霍耳元件（假设为P型）时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力
)
(B
v
F⨯
=q
B（1）式中q为电子电荷。
洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E，直到电场对载流子的作用力F E=q E与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即
E
B
v q
q=
⨯)
(（2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍耳电势差就是由这个电场建立起来的。
如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍耳电势差有不同的符号，据此可以判断霍耳元件的导电类型。
（2）如何用霍耳效应侧磁场？
设P 型样品的载流子浓度为p ，宽度为b ，厚度为d 。
通过样品电流I H ＝pqvbd ，则空穴的速度v ＝I H ／pqvbd ，代入（2）式有
pqbd
B I E H =
⨯=B v （3）
上式两边各乘以b ，便得到
d
B I R pqd
B I Eb U H H
H H ==
= （4）
pq
R H 1=
称为霍耳系数。
在应用中一般写成
U H ＝K H I H B . （5）
比例系数K H ＝R H ／d ＝1／pqd 称为霍耳元件灵敏度，单位为mV/(mA ·T)。
一般要求K H 愈大愈好。
K H 与载流子浓度p 成反比。
半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以都用半导体材料作为霍耳元件。
K H 与片厚d 成反比，所以霍耳元件都做的很薄，一般只有0.2mm 厚。
由（5）式可以看出，知道了霍耳片的灵敏度K H ，只要分别测出霍耳电流I H 及霍耳电势差U H 就可算出磁场B 的大小。
这就是霍耳效应测磁场的原理。
2、如何消除霍耳元件副效应的影响？
在实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，它使所测得的电压不只是U H ，还会附加另外一些电压，给测量带来误差。
这些热磁效应有埃廷斯豪森效应，是由于在霍耳片两端有温度差，从而产生温差电动势U E ，它与霍耳电流I H 、磁场B 方向有关；能斯特效应，是由于当热流通过霍耳片（如1，2端）在其两侧（3，4端）会有电动势U N 产生，只与磁场B 和热流有关；里吉-勒迪克效应，是当热流通过霍耳片时两侧会有温度差产生，从而又产生温差电动势U R ，它同样与磁场B 及热流有关。
除了这些热磁副效应外还有不等位电势差U 0，它是由于两侧（3，4端）的电极不在同一等势面上引起的，当霍耳电流通过1，2端时，即使不加磁场，3和4端也会有电势差U 0产生，其方向随电流I H 方向而改变。
因此，为了消除副效应的影响，在操作时我们要分别改变I H 的方向和B 的方向，记下四组电势差数据，作运算并取平均值：
由于U E 方向始终与U H 相同，所以换向法不能消除它，但一般U E <<U H ，故可以忽略不计，于是
1234
4
H U U U U U -+-+=
（6）
四、实验内容
1．对照电路图熟悉连线，接好电路。
2．接通电源前，检查Is 、I M 是否在“零”位，如不在，逆时针将Is 、I M 旋至“零”位。
3．测量霍尔电压
（1）将“Is －I M 测量选择”按下，将“I M 调节”顺时针旋到I M ＝0.500A （不能过大），以后整个测量过程中不再改变此值。
（2）将“Is －I M 测量选择”弹起，将“Is 调节”顺时针旋到1.00mA ，并保持电流Is 不变。
在K 1，K 2，K 3（整个过程中K 3保持不变）最初位置情况下，读出“U H 输出”上的读数U 1；K 2换向（即B 方向变），K 1不变（即Is 方向不变），读出“U H 输出”上的读数U 2；K 1，K 2同时换向（相对于最初位置），读出“U H 输出”上的读数U 3；K 2不变（同最初位置），K 1换向（相对于最初位置），读出“U H 输出”上的读数U 4。
（3）保持I M 不变，将工作电流Is 依次取1.00mA, 2.00mA, 3.00mA,4.00mA, 5.00mA, 6.00mA, 7.00mA, 按步骤（2）得到相应的U 1，U 2，U 3，U 4的值，并在表格中记录数据。
六、数据处理
1、 以U H 为纵坐标，Is 为横坐标，在坐标纸上做出U H －Is 关系曲线，考察是否为过坐标原
点的一条直线。
2、 求出U H －Is 关系曲线的直线斜率，并根据给定的霍尔元件的灵敏度K （线圈上标有，
单位mV/(mA.T)），计算出电磁铁磁极之间的磁感应强度B （即斜率除以K ）：
H
s U
B I K
=
3、 计算所测磁场的不确定度 A 类不确定度：
B ∆=
相对不确定度：
100%B B E B
∆=
⨯
结果表示： B B B =±∆ 4、 此霍尔样品为N 型半导体元件。
5、 回答思考题1，2。
七、思考题
1．什么叫霍耳效应？利用霍耳效应侧磁场时，具体要测哪些物理量？ 2．测量霍尔电压时，如何消除副效应的影响？
八、注意事项
1．霍耳片又薄又脆，切勿用手摸。
2．霍耳片允许通过电流很小，切勿与励磁电流接错！
3．电磁铁通电时间不要过长，以防电磁铁线圈过热影响测量结果。