霍尔测磁场(大物实验)
大学物理实验实验15 霍尔效应测磁场
物理实验教学中心
实验背景
1879年美国科学家霍尔在
研究金属的导电机理时发现当
稳恒磁场垂直作用于载流导体 一段时间后，在导体的另外两 个端面上产生电位差，这种现 象称为霍尔效应。
爱德温•霍尔（1855～1938）
冯·克利青 获1985年的诺 贝尔物理学奖 （量子霍尔效应）
罗伯特·劳克林
数据处理
电路图
实物接线图
低电势电位差计的使用方法
量程旋钮
接饱和标 准电池
接检流计
接电位差 计电源
接霍尔 电压键
校准回路 补偿电阻 选 择 开 关 Nhomakorabea限 流 电 阻 测 量 按 钮 测补 量偿 回电 路阻
步骤： 1. 调整电位差计的工作电流至10mA; 2. 测量霍尔电压UH。
数据记录及处理
工作电流 I（正侧） 励磁电流 B（正侧） 电位差计测量值（mV） U1（正侧）=UH+U0+UE+UN+UNE =
注意事项
注意3组电源及标准电池的极性，不可接错； 调整工作电流时先把滑线变阻器置于阻值最大处；
每次测量完毕应及时断开换向开关。
思考题
本实验中为什么要用换向开关？
UJ31型低电势电位差计在本实验中的作用是什么？
它与一般的电压测量仪器有何不同？ 你认为本实验中最困难的是哪一步？
霍尔效应仪
实验原理
霍尔效应
evB eE e UH U H vBl l IS B 1 IS B U g R KH IS B H H en d d IS v neld
UH B IS KH
KH：霍尔元件灵敏度 RH：霍尔系数
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12用霍尔效应法测量磁场实验名称：用霍尔效应法测量磁场实验目的：1. 学习使用霍尔效应测量磁场；2. 熟悉实验仪器和操作方法。
实验器材：1. 霍尔效应磁场测量仪；2. 电磁铁；3. 直流电源；4. 万用表。
实验原理：霍尔效应是指将电流通过一个导体时，如果该导体处于垂直于磁场方向的磁场中，导体上将会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。
霍尔电压与磁场的强度具有一定的关系，可以通过测量霍尔电压来测量磁场的强度。
根据霍尔效应的原理，可得到以下公式：\[E_H = K \cdot B \cdot I\]其中，E_H为霍尔电压，K为霍尔常数，B为磁场强度，I为通过导体的电流。
实验步骤：1. 连接实验仪器。
将实验仪器的电源接入直流电源，将电磁铁的输入端接入直流电源的正极，将输出端接入实验仪器的霍尔电压测量端。
2. 调节电磁铁的电流。
通过调节直流电源的电流大小，控制电磁铁的磁场强度。
3. 测量霍尔电压。
通过实验仪器的读数，记录下给定电流下的霍尔电压。
4. 重复步骤2和步骤3，分别记录不同电流下的霍尔电压值。
5. 绘制电流与霍尔电压的图线。
6. 根据拟合直线的斜率和霍尔常数的关系，计算磁场强度。
注意事项：1. 实验过程中，要注意安全，避免触电和磁场对身体的影响。
2. 测量时需保持实验环境的恒温和较低的干扰。
3. 操作仪器时要注意仪器的使用说明，避免操作不当导致误差。
4. 测量结果的精度和准确性取决于实验仪器的精度、操作人员的技术水平和实验环境的条件等因素。
实验结果：根据测量所得的电流和霍尔电压数据，绘制出电流与霍尔电压的图线。
利用图线的斜率和霍尔常数的关系，计算出磁场的强度。
大学物理实验报告霍尔效应
大学物理实验报告霍尔效应一、实验目的1、了解霍尔效应的原理。
2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪器，测量霍尔电压和励磁电流，并计算霍尔系数和载流子浓度。
二、实验原理1、霍尔效应置于磁场中的载流导体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一横向电势差，这种现象称为霍尔效应。
设导体中的载流子为电子，它们以平均速度 v 沿 x 方向定向运动。
在磁场 B 作用下，电子受到洛伦兹力 F ＝ e v × B，其中 e 为电子电荷量。
洛伦兹力使电子向导体一侧偏转，从而在导体两侧产生电荷积累，形成横向电场 E。
当电场力与洛伦兹力达到平衡时，有 e E ＝ e v B，即 E ＝ v B。
此时产生的横向电势差称为霍尔电压 UH ，UH ＝ E b ，其中 b 为导体在磁场方向的宽度。
2、霍尔系数霍尔电压 UH 与电流 I 和磁场 B 以及导体的厚度 d 有关，其关系式为 UH ＝ R H I B ／ d ，其中 R H 称为霍尔系数。
对于一种材料，R H 是一个常数，它反映了材料的霍尔效应的强弱。
3、载流子浓度由 R H 的表达式，可推导出载流子浓度 n ＝ 1 ／（R H e) 。
三、实验仪器霍尔效应实验仪，包括霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源、数字电压表等。
四、实验内容与步骤1、连接实验仪器按照实验仪器说明书，将霍尔样品、电磁铁、励磁电源、测量电源和数字电压表正确连接。
2、测量霍尔电压（1）保持励磁电流 IM 不变，改变测量电流 IS 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。
（2）保持测量电流 IS 不变，改变励磁电流 IM 的大小和方向，测量对应的霍尔电压 UH 。
3、绘制曲线根据测量数据，分别绘制 UH IS 和 UH IM 曲线。
4、计算霍尔系数和载流子浓度根据曲线的斜率，计算霍尔系数 R H ，进而计算载流子浓度 n 。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录表格｜ IM （A) ｜ IS （mA) ｜ UH1 （mV) ｜ UH2 （mV) ｜ UH3 （mV) ｜ UH4 （mV) ｜ UH （mV) ｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 10 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 20 ｜｜｜｜｜｜｜ 10 ｜ 30 ｜｜｜｜｜｜（注：UH1、UH2、UH3、UH4 分别为在不同测量条件下得到的霍尔电压值，UH 为其平均值。
大学物理实验 霍尔效应测磁场
霍尔效应测磁场基本定义：当稳恒磁场垂直作用于载流导体（或半导体）一段时间后，在导体（或半导体）的另外两个端面上会产生电位差（称霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。
霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
【教学目的】1.学会利用霍尔效应测量磁感应强度。
2. 加深对霍尔效应的理解。
3. 掌握异号消除系统误差的方法。
4.掌握UJ31低电势电位差计的使用方法【教学重点】学会利用霍尔效应测量磁感应强度【教学难点】掌握异号消除系统误差的方法。
【教学方法】以学生实验操作为主；讲授、讨论、演示相结合。
【实验仪器】霍尔元件测磁场装置、直流毫安表、直流安培表、UJ31 低电势电位差计、200Ω滑线变阻器、AC15型直流复射式检流计、干电池、蓄电池、稳压电源、标准电池和导线若干。
【学时】3学时【课程讲授】1. 什么是霍尔效应？霍尔电压与哪些因素有关系？回答: 霍尔电压与电流强度、磁场强度、载流子的浓度及导体（或半导体）的几何尺寸有关。
2. 霍尔系数跟什么有关?回答：由霍尔材料的性质决定。
3. 霍尔元件里的电子受到几个力的作用？回答：洛仑磁力和霍尔电场力两个力作用一、实验原理垂直于磁场运动的带电离子将受到洛伦兹力m F q υ=×B 的作用，其中，q 为带电离子的电量，υ为带电离子的速度，B 为磁场的磁感应强度。
取一块形状为长方体、电子导电的半导体，如图3.24所示。
在它的左右两端焊接上电极（标记为3和4），通以自左向右的直流电流d d q I t ==d nqV t=霍尔效应原理d nq bd dt nq bd tυυ=，则半导体中的电子会产生定向移动。
然后在它的前后两端通以稳恒磁场，由于洛伦兹力的作用，电子将向上偏转积聚在上表面，下表面由于少了电子而带正电，上下两面将很快形成一个稳定的电场，且电场力和洛伦兹力大小相等、方向相反，电子不再偏转，上下两面产生恒定的电势差（霍尔电压），连接上下电极1和2，则可测量霍尔电压的大小。
大物C-霍尔元件
分别测量电压值 Ui，计算霍尔电压 UH，填入表 2 中，并绘出 UH-IM 曲线，分析霍尔电压 UH 与励磁电流
IM 之间的关系。
【数据记录】
第
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表1
霍尔电压UH与工作电流Is的关系Im=300mA,C= 0.5010 T/A d=0.4997mm B=0.1503 T
Is(mA) U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) +IM，+Is -IM，+Is -IM，-Is +IM，-Is
700
9.67
-9.66
9.69
-9.69
800
11.07 -11.06
11.09 -11.10
UH 1 U1 U 2 U 3 U 4 4
(mV)
1.305 2.700 4.095 5.495 6.895 8.280 9.678 11.080
B(mT)
1.43 1.48 1.50 1.51 1.51 1.51 1.52 1.52
1) .移动二维移动尺，使霍尔元件处于电磁铁气隙中心位置,闭合励磁电流开关，调节励磁电流 IM=300mA，
通过公式：B=C∙IM 求得并记录此时电磁铁气隙中的磁感应强度 B（C 为电磁铁的线圈常数，C 的值见面板
标示牌）
2) .调节工作电流 Is=1.00、2.00……、8.00mA（间隔 1.00mA），通过变换实验仪各换向开关，在（+IM，+Is）、
3).将测试仪的电压量程调至高量程。
4).测试仪面板右下方为提供励磁电流 IM 的恒流源输出端，接实验仪上励磁电流的输入端（将接线叉口与
接线柱连接）。
5).测试仪左下方为提供霍尔元件工作电流 Is 的恒流源输出端接实验仪工作电流输入端（将插头插入插孔）。
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。
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义实验12-用霍尔效应法测量磁场实验目的：1.熟悉霍尔效应的基本原理。
2.掌握用霍尔效应法测量磁场的方法。
3.了解LCR电路的基本原理及其在霍尔效应实验中的应用。
实验原理：1.霍尔效应当一个半导体片被放置在一个磁场中时，正常的电流方向将被改变，这是霍尔效应的重要特征。
在一个横向磁场中，电子将受到一个力，使它们沿一个轴移动，这个轴垂直于电流和磁场之间的平面。
由于电荷的分布而产生的电压称为霍尔电压，它与磁感应强度和电流成正比。
2.LCR谐振电路LCR谐振电路是一种电路，可以在给定频率下将电压最小化。
它包括一个电感，一个电容和一个电阻器。
在特定的谐振频率下，当电感和电容的电流达到平衡时，电阻器的电流将为零。
这时电路的表现出来的阻抗是最小的，因此在谐振频率下可以测量出磁场。
实验器材：霍尔效应实验装置、电源、导线、万用表、量角器、磁铁。
实验步骤：1.首先将霍尔效应实验装置放在静磁场中，并用万用表确认磁场的磁感应强度。
2.将红色电缆夹子连接到霍尔片上的直流电极，将黑色夹子连接到其左边的垂直电极，用导线将电缆夹子连接到电源上。
3.用万用表检查电源输出电压的值。
将电源输出电压调整到所需的范围。
4.将量角器放在霍尔片上，测量电流通过载流电极时，霍尔片的垂直电极与磁场之间的夹角。
5.打开电源，调整电流强度至所需范围。
6.将电阻器调至LCR电路上的电阻元件的最佳位置。
7.使用万用表或示波器测量在谐振频率下所具有的最小值。
8.再次使用量角器，测量电流通过霍尔片时，霍尔电压与磁场之间的夹角。
9.用霍尔电压和磁感应强度计算出霍尔常数。
1.通过等式VH = IBZH / e d，我们可以计算出横向电场的霍尔电压，其中IB是电流，ZH是霍尔电阻，e是电子的带电量，d是半导体晶片的厚度。
3.使用等式R = V/IH计算出霍尔电阻。
实验结果分析：通过实验数据处理，我们可以计算出霍尔电阻和霍尔常数，并使用它们来确定磁场的强度。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
霍尔效应原理
霍尔元件
霍尔效应
霍尔元件工作原理
霍尔元件由半导体材料制成，当电流通过霍尔元件时，由于霍尔效应，会在元件的两端产生电势差，这个电势差与通过的电流和磁感应强度有关。
通过测量这个电势差，可以计算出磁场和电流的强度。
磁场测量原理
磁场测量
进行测量
实验操作流程
在实验过程中，及时记录测量数据，确保数据的准确性和完整性。
数据记录
对记录的数据进行整理、计算和分析，得出实验结果。
数据处理
根据实验结果，分析误差来源，提出改进措施。
结果分析
数据记录与处理
04
CHAPTER
实验结果分析
数据整理
将实验过程中测得的所有数据整理成表格，包括测量点、磁场强度、霍尔电压等。
数据处理能力
学会了利用数据采集系统获取并处理实验数据，通过图表等形式呈现结果。
误差分析
对实验中产生的误差进行了分析，理解了误差来源及对结果的影响。
实验总结
操作不熟练
由于对实验设备操作不熟悉，导致测量时间过长。解决方案：提前预习实验内容，熟悉实验设备操作流程。
设备故障
在实验过程中，发现数据采集系统突然停止工作。解决方案：重新启动设备，检查连接线是否松动，确保电源正常。
大学物理实验-霍尔元件测磁场
目录
实验目的 实验原理 实验步骤 实验结果分析 实验总结与展望
01
CHAPTER
实验目的
了解霍尔元件的工作原理和特性。
掌握使用霍尔元件测量磁场的方法和步骤。
学会处理实验数据和误差分析。
掌握霍尔元件测量磁场的方法
了解霍尔效应的原理
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用霍尔效应测量磁场分布
霍尔效应是美国科学家霍尔于1879年发现的。
由于它揭示了运动的带电粒子在外磁场中因受洛伦兹力的作用而偏转，从而在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势差的规律，因此该效应在科学技术的许多领域（测量技术、电子技术、自动化技术等）中都有着广泛的用途。
现在霍尔效应产品已经在自动化和信息技术中得到了广泛地应用。
特别是在用计算机进行四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）监控的一些现代化设备中，应用磁平衡和磁比例式原理研制的霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和霍尔开关量传感器进行静电（直流）隔离，实现了直流电压高精度的隔离传送和检测，直流电流高精度的隔离检测和监控量越限时准确的隔离报警。
从而在我国引起了许多科技人员对霍尔效应、霍尔元件以及应用霍尔效应的实用知识和
实用技术的关注。
本实验通过研究霍尔电压与工作电流的关系，霍尔电压与磁场的关系以
及消除霍尔效应的副效应的方法，从实验中认识霍尔效应，为在自动检测、自动控制和信息技术中应用霍尔效应打下一个良好的基础。
1897年，霍尔设计了一个根据运动载流子在外磁场中的偏转来确定在导体或半导体中占主导地位的载流子类型的实验。
在研究通有电流的导体在磁场中的受力时，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。
在半导体材料中，霍尔效应比在金属中大几个数量级，引起人们对它的深入研究。
霍尔效应的研究在半导体理论的发展中起到了重要的推动作用。
直到现在，霍尔效应的研究仍是研究半导体性质的重要实验方法。
利用霍尔系数和导电率的联合测量，可以用来研究半导体的到点机构、散射机构，并可以确定半导体的一些基本参数，如半导体材料的导电类型、载流子浓度、迁移率大小、禁带宽度、杂质电离能等。
【实验目的】
（1）掌握霍尔元件的工作原理。
（2）学习用霍尔元件测量磁场的原理和方法。
（3）学习用霍尔元件测绘载流圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场分布。
（4）学习用霍尔元件测绘螺线管磁场分布。
【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的聚积，从而形成附加的横向电场。
对于（图15-1）所示的半导体试样，若在X 方向通以电流I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛仑兹力eVB 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有： H eE eVB = （15-1）
其中,H E 为霍尔电场，V 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
设试样的宽为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则
S I neVbd = （15-2）
由（15-1）、（15-2）两式可得： 1S S H H H I B I B V E b R ne d d
==⋅= （15-3）
即霍尔电压H V （A 、A '电极之间的电压）与S I B 乘积成正比，与试样厚度d 成反比。
比例系数1H R ne
=称为霍尔系数，它是反映材料的霍尔效应强弱的重要参数。
霍尔器件就是利用上述霍尔效应制成的电磁转换元件。
对于成品的霍尔器件，其中H R 和d 已知，因此在实用上就将（15-3）式写成
H H S V K I B = （15-4）
其中H H R K d
=，称为霍尔器件的灵敏度（其值由厂家给出），它表示该器件在单位工作电流和单位磁感应强度下输出的霍尔电压。
（15-4）式中的单位取S I 为mA 、B 为KGS
（4110GS T -=），H V 为mV ，则H K 的单位为mV/(mA ⋅KGS)。
根据（15-4）式，因H K 已知，而S I 由实验给出，所以只要测出H V 就可以求得未知磁感应强度B
H H S
V B K I = （15-5） 【实验仪器】
HLD-HRC-II 型霍尔测量磁场综合实验仪
图15-1 半导体样品霍尔效应示意图
1、可调移动尺0-170 mm和霍尔元件组成
2、螺线管和亥姆霍兹线圈
3、霍尔电压、霍尔电流、励磁电流换向开关
【仪器介绍】
主机单元
１、I M电流0-1 A电流输出及显示,主要用于螺线管和亥姆霍兹线圈
２、I S电流0-10 mA电流输出及显示,主要用于霍尔元件工作电流,
３、V H电压0-200 mV电压显示,主要用于霍尔元件测量电压
附件单元
1、可调移动尺0-170 mm和霍尔元件组成
2、螺线管和亥姆霍兹线圈
3、霍尔电压、霍尔电流、励磁电流换向开关
【预习思考题】
1如果磁场不恰好垂直于霍尔片，对测量结果有何影响？
2为什么制备霍尔元件的材料通常是半导体而不是金属？
【注意事项】
1、测绘B→X曲线时，螺线管口附近磁场强度变化大，应多测几点。
2、单线圈、双线圈和螺线管不要长时间通过大电流，以免线圈发热。
3、不要将I M电流输出接入霍尔片上，以免霍尔元件烧坏。
【实验内容与步骤】
注：开机前以及开始任何实验分项前请务必把所有旋钮旋至最小位置。
（一）霍尔及螺线管磁场分布实验
实验前将I S调节旋钮、I M调节旋钮调为零，将电源与附件相连，开机预热10分钟，。
实验一、测V H—I S曲线
将实验装置（霍尔电压、霍尔电流、励磁电流的切换开关，投向“+”），将霍尔元件调在螺线管磁场中心。
I M电流为0.5A，测V H—I S曲线，数据汇入下表中。