霍尔效应及其应用
霍尔效应及其应用
实验七、霍尔效应1879年，霍尔在研究截流导体在磁场中的受力情况时，发现了一种现象：给处于匀强磁场中的板状金属导体，通以垂直于磁场方向的电流时，肝在金属板的上下两表面间产生一个横向电势差，这一现象称为霍尔效应。
霍尔效应不只是在金属导体中产生，在半导体或导体中同样也能产生，且半导体中的霍尔效应更加显著。
霍尔效应是研究半导体材料性能的重要理论根据，利用半导体材料制成的霍尔元件，又称为霍尔传感器。
一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的ＶＨ－ＩＳ和ＶＨ－ＩＭ曲线。
3．确定试样的导电类型，载流了的浓度以及迁移率。
二、实验仪器霍尔效应仪；霍尔效应测试仪、fx-3600p 计算器。
三、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作用而引起的偏转。
假定有如图所示的金属块中，通以水平向右的沿Ｘ轴正方向的电流Ｉ，外加沿Ｚ轴正方向的磁感应强度为Ｂ的磁场。
由于金属中形成电流的是电子，电子的定向移动方向与电流方向相反，即沿Ｘ轴负方向。
此时电子在磁场中受洛仑兹力f H ，方向向下，则电子向金属块的下沿聚集，相应正电荷则在上板。
这样形成由上向下的电场E H ，使后来的电子在受到向下洛仑兹力f H 的同时，还受到向上的电场力f E ，最终两个力平衡，上下板的电荷达到稳定状态。
这时上下板之间的电压称之为霍尔电压，这种效应叫霍尔效应。
霍尔电压的计算公式的推导：设电子的电量为e ，单位体积中的自由移动的电荷数—即载流了浓度为n ，霍尔片的厚度为d,高度为b ，则由f H =qVB,f e =qE,I=neSv=nebdv;f e =f H.最后推出：B I K nedBI b E U S H S H H === （1） 其中U H 为霍尔电压（A ！、A 之间的电压），它与I S B 的积成正比。
比例系数K H =1/ned 称为霍尔灵敏度，它反映材料的霍尔效应强弱的重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位工作电流时霍尔电压的大小。
霍尔效应的应用和原理
霍尔效应的应用和原理1. 介绍霍尔效应是指在通过一定的电流流过具有一定形状和大小的金属或半导体的时候，垂直于电流方向的横向电压差。
该效应由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现并命名。
霍尔效应不仅有重要的理论意义，还具有广泛的应用，包括传感器、电子器件、测量、电力、磁体等领域。
本文将重点介绍霍尔效应的应用和原理。
2. 应用2.1 磁场传感器霍尔效应可以用于制造磁场传感器，这些传感器可以测量磁场的强度和方向。
其中最常见的应用是如下几种：•磁力计：通过测量对象周围的磁场变化来检测物体的位置和运动。
•磁场计：测量磁场的大小和磁极的方向，并将其转化为电信号。
磁场传感器广泛应用于社交媒体、电子游戏、导航系统、安防系统等领域。
2.2 电流测量霍尔效应可以应用于电流测量。
通过将电流传导器件放在电路中，利用霍尔传感器测量横向电压差并根据一定的数学计算关系求得电流大小。
这种方法可以测量直流和交流电流。
电流测量是电力行业、电子设备制造业和电动车制造业中常见的应用。
2.3 速度测量霍尔效应也可以用于速度测量。
在车辆的制动系统中，可以使用霍尔传感器检测车轮的转速，并根据转速计算车辆的速度。
此外，霍尔传感器还可用于工业机械设备以及风力发电机组等领域的速度测量。
3. 原理3.1 霍尔元件霍尔元件通常由铬、铂、铜等金属制成的片状金属电极组成。
在元件的一边施加电流，而在另一边测量横向电压差。
元件两侧的接触电极与电流方向垂直，并且在两个接地电极之间有一定距离。
3.2 磁场作用当将一个垂直于电流方向的磁场加在霍尔元件上时，由于电子的洛仑兹力作用，电子会产生一个横向偏转运动，从而形成横向电压差。
这个横向电压差正比于电流的大小和磁场的强度。
通过测量这个横向电压差，可以间接测量电流或磁场的值。
4. 结论霍尔效应是一种重要的物理现象，它不仅有理论研究的意义，还在很多领域发挥着重要的应用价值。
磁场传感器、电流测量和速度测量是霍尔效应最常见的应用领域。
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霍尔U电H压的14测(量U结1 果为U：2 U3 U4 )
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操作指南
• 实验装置 • 操作要点
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实验装置
KH值
霍尔元件
励磁线圈
工作电路
测量电路
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励磁电路
操作要点
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预备知识
•霍尔效应 •霍尔元件中的附加效应外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场 和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象 称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电 压）。
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霍尔效应
霍尔电压UH与电流I和磁感应强度B及元件的厚
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霍尔元件中的附加效应
2.温差电效应引起的附加电压UE （厄廷好森效应） 3.热磁效应直接引起的附加电压UN （能斯特效应） 4. 热磁效应产生温差引起的附加电压UR（里纪－勒
杜克效应 ）
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消除附加电压
为了减小附加效应对测量霍耳电压UH的影 响，我们采用对称测量法，即将I和B正反两 个方向组合出四种情况：
度d的关系：
VH
RH
IB d
式中RH为霍尔系数，它与载流子浓度n和载流子电
量q的关系：
RH
1 nq
若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则 UH KH IB
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霍尔元件中的附加效应
在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效应 的产生，在霍尔元件上测得的电压是各种附加电 压叠加的结果。
附加电压 1.不等势电压Uo （不等势效应 ）＝Is . R
霍尔效应的应用举例及原理
霍尔效应的应用举例及原理简介霍尔效应是指当电流通过载流子密度较高的材料时，在磁场的作用下，产生的电势差现象。
这种效应被广泛应用于各种电子设备和传感器中。
本文将介绍几个应用霍尔效应的实际例子，并解释其原理。
1. 磁场检测器霍尔效应的一个主要应用就是磁场检测器。
通过测量通过材料的电流和磁场之间的关系，可以实时监测磁场的强度和方向。
这种检测器常用于工业控制系统中，用于测量电机、传感器和磁铁生成的磁场。
•磁场强度测量：通过将霍尔元件置于被测磁场附近，可以根据霍尔电压的变化来推导磁场的强度。
由于霍尔效应对磁场的敏感性很高，因此可以非常准确地测量强磁场和弱磁场。
•磁场方向检测：通过在材料中放置多个霍尔元件，并分别测量它们的输出电压，可以判断磁场的方向。
根据霍尔电压的变化规律，可以获得磁场的方向信息。
2. 位置传感器霍尔效应在位置传感器中发挥着重要作用。
通过结合磁场和霍尔效应，可以实现非接触式的位置测量。
•线性位置传感器：线性霍尔元件被用于测量物体相对于传感器的位置。
通过不同位置上的磁场强度的变化，可以确定物体的具体位置。
这种传感器常用于汽车行程传感器、液位传感器等应用中。
•旋转位置传感器：旋转霍尔传感器可以测量物体的角度。
通过将磁场和霍尔元件组合在旋转部件上，可以实时记录旋转部件的位置。
这种传感器被广泛应用于工业自动化以及汽车行程控制系统中。
3. 电流测量器霍尔效应还可以用作电流测量器。
通过测量通过材料的电流和产生的磁场之间的关系，可以实时测量电流的强度。
•直流电流测量：通过将霍尔元件置于电流载流子流动的路径上，可以根据霍尔电势差的变化来测量电流强度。
可以将霍尔元件配合一个伏安表来实现准确的直流电流测量。
•交流电流测量：对于交流电流的测量，通常需要将霍尔元件与其他电路元件（如滤波电感、电容）组合使用，以消除干扰信号。
通过采集霍尔电势差的变化并根据对应的电路设计进行处理，可以实现交流电流测量。
4. 磁力计霍尔效应也常用于制作磁力计，用于测量磁场的强度。
霍尔效应及其在电子学中的应用
霍尔效应及其在电子学中的应用引言：霍尔效应是指当电流通过一个导体时，如果该导体置于磁场中，则会产生一种垂直于电流方向和磁场方向的电势差，即霍尔电压。
霍尔效应的发现不仅为物理学研究提供了新的视角，而且在电子学领域中有着广泛的应用。
一、霍尔效应的基本原理：霍尔效应的基本原理可以通过洛兹定律来解释。
洛兹定律是基于洛伦兹力的作用而得出的，该力是指在磁场中有电荷运动时，电荷所受到的力。
当电流通过导体时，导体中的自由电荷受到磁场的作用，导致它们沿着导体宽度方向产生移动，从而形成正负电荷堆积。
这样，在导体两侧就会形成一个电势差，即霍尔电压。
二、霍尔效应的特点：1. 非接触性：霍尔效应的测量是通过测量导体侧面的霍尔电压来实现的，因此不需要直接接触到导体表面，具有非接触性的特点。
2. 与磁场强度成正比：霍尔电势差与磁场强度成正比，在实际应用中可以通过改变磁场强度来调节霍尔电势差的大小。
3. 与电流方向有关：霍尔电势差方向与电流方向、磁场方向及电荷载流子的类型有关。
根据霍尔电势差的正负可以确定电流方向以及电荷载流子的类型。
三、霍尔效应在电子学中的应用：1. 霍尔元件：霍尔元件是利用霍尔效应进行测量和控制的器件。
通过霍尔电势差的变化可以实现对磁场强度的测量，广泛应用于磁场传感器、电流传感器、角度传感器等领域。
在工业自动化、电力系统监测以及交通运输等方面都有广泛的应用。
2. 电流测量：由于霍尔电势差与电流成正比，因此可以利用霍尔元件进行电流的测量。
相比传统的电流测量方式，霍尔电流传感器具有无接触、无损耗、精度高等优点，广泛应用于电力仪表、电动机控制、电力系统保护等领域。
3. 磁场测量：霍尔传感器可以通过测量霍尔电势差来实现对磁场强度的测量。
在磁场监测、导航定位、磁存储等领域，霍尔传感器被广泛应用。
4. 磁场控制：通过控制霍尔效应产生的电势差，可以实现对磁场的控制。
在磁室、磁选择器等领域中，利用霍尔效应的特点可以实现精确的磁场控制。
霍尔效应的应用及其展望
霍尔效应的应用及其展望
1 霍尔效应简介
霍尔效应是指在横向磁场作用下，从导电材料中流过电流时，在垂直于磁场和电流方向的方向上产生一种电势差的现象。
这种电势差称为霍尔电压。
同时，产生的这种电势差会随着外界磁场的强弱而改变。
霍尔效应的典型应用是用来检测磁场的
大小和方向。
2 霍尔效应的应用
##2.1 磁传感器
霍尔磁传感器是一种常用的磁敏元件，通过霍尔效应来实现对磁场强度和方向的测量。
其性能各个方面都优于其它磁传感器，常用于汽车、电器、通讯、航空、航天等领域。
##2.2 霍尔元件
在自行车、电动车等领域中，常用霍尔元件来检测车轮转动的速度和方向，来实现自动上下档、变速等控制。
##2.3 磁场测量仪
霍尔效应不仅可以用来制作传感器，也可以通过磁场测量仪来利用。
磁场测量仪
可以实现磁场的非接触式测量和显示。
3 霍尔效应的展望
随着科技的不断进步和人类对各类信息的需求越来越多，将为霍尔效应的应用提供前所未有的机遇。
未来，我们有理由相信在领域、大气、环境监测，以及智能交通、家居、电器等领域中，霍尔效应将得到更加广泛的应用。
磁学中的霍尔效应及其应用
磁学中的霍尔效应及其应用磁学是物理学中的一个重要分支，研究物质在磁场中的行为和性质。
在磁学中，霍尔效应是一种非常重要的现象，具有广泛的应用。
本文将介绍霍尔效应的基本概念和原理，并探讨其在科学研究和工程应用中的意义。
一、霍尔效应的基本概念和原理霍尔效应是指在电流通过导体时，当导体处于垂直磁场中时，会在导体两侧产生电势差，这种现象被称为霍尔效应。
霍尔效应的基本原理可以通过洛伦兹力和电荷守恒定律来解释。
当电流通过导体时，电子在导体内部运动。
在垂直磁场的作用下，电子会受到洛伦兹力的作用，使得电子在导体内部发生偏转。
由于电子的偏转，导体两侧形成了电荷分布差异，进而产生了电势差。
这个电势差就是霍尔电势差，也称为霍尔电压。
二、霍尔效应的应用1. 磁场测量霍尔效应可以用于测量磁场的强度和方向。
通过将霍尔元件（霍尔传感器）安装在需要测量磁场的地方，当磁场通过霍尔元件时，会产生霍尔电势差。
通过测量霍尔电势差的大小和方向，可以计算出磁场的强度和方向。
2. 电流测量霍尔效应还可以用于测量电流的大小。
将霍尔元件安装在电路中，当电流通过霍尔元件时，会产生霍尔电势差。
通过测量霍尔电势差的大小，可以计算出电流的大小。
3. 速度测量霍尔效应在速度测量中也有广泛的应用。
将霍尔元件安装在运动物体上，当物体在磁场中运动时，会产生霍尔电势差。
通过测量霍尔电势差的大小和方向，可以计算出物体的速度。
4. 位置控制霍尔效应还可以用于位置控制。
将霍尔元件安装在需要控制位置的地方，当物体移动到特定位置时，会产生霍尔电势差。
通过测量霍尔电势差的大小和方向，可以实现对物体位置的精确控制。
5. 磁传感器霍尔效应还被广泛应用于磁传感器中。
磁传感器可以用于检测磁场的强度和方向，广泛应用于导航系统、磁条读写头等领域。
三、结语霍尔效应作为磁学中的重要现象，具有广泛的应用前景。
通过利用霍尔效应，可以实现对磁场、电流、速度和位置等物理量的测量和控制。
随着科学技术的不断进步，霍尔效应在各个领域的应用也将得到进一步的拓展和发展。
《霍尔效应及应用》课件
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
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预备知识
•霍尔效应 •霍尔元件中的附加效应
霍尔效应
当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁 场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现 象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电 压）。
霍尔效应
霍尔电压UH与电流I和磁感应强度B及元件的厚 度d的关系： IB
大学物理实验
实验九 霍尔效应及应用
物理教研室
主要内容
实验简介 设计思路 基本要求
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预备知识
操作指南
实验简介
霍尔效应是一种磁电效应，是美国研究生霍尔1879 年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成霍尔元件， 它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、输出电压变化 大和使用寿命长等优点，因此，在检测、自动化、信息 处理等领域得到广泛的应用。
思考与作业
1.根据测得的UH~Im与UH~Is的关系，绘 制UH~Im与UH~Is的关系; 2.用逐差法处理数据 ，求出UH/Is以及 UH/ Im ,从而求得RH ，并正确表示结果； 3.根据求得的RH,计算样品的载流子浓度， 电导率以及迁移率。
霍尔元件中的附加效应
2.温差电效应引起的附加电压UE （厄廷好森效应） 3.热磁效应直接引起的附加电压UN （能斯特效应） 4. 热磁效应产生温差引起的附加电压UR（里纪－
勒杜克效应 ）
消除附加电压
为了减小附加效应对测量霍耳电压UH的影响， 我们采用对称测量法，即将I和B正反两个方向 组合出四种情况： U1(+I, +B) 、U2(+I ,-B)、 U3(-I ,-B) 和U4(I ,B) 霍尔电压的测量结果为：
VH RH
d
式中RH为霍尔系数，它与载流子浓度n和载流子电 量q的关系： 1
RH
nq
若令霍尔灵敏度KH=RH/d，则
U H K H IB
霍尔元件中的附加效应
在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效 应的产生，在霍尔元件上测得的电压是各种附加 电压叠加的结果。 附加电压
1.不等势电压Uo
（不等势效应 ）＝Is . R
1 U H (U1 U 2 U 3 U 4 ) 4
操作指南
• 实验装置 • 操作要点
霍尔元 件 KH值
实验装置
励磁线 圈
励磁电 路
工作电 路
测量电 路
操作要点
1. 按装置连接电路，然后对Is, I m调零，此时UH应 显示为零；
2. 测量UH ～Is关系（保持Im＝0.6A）;
3. 测量UH ～Im关系（保持Is＝3.00mA）; 4. 测量Uσ值; 5. 确定样品的导电类型。
注意事项
1.Is, Im的正确调零； 2.Is, Im的正确组合切换；
3.读数应以小数点的正确位置；
4.采取开关切换次数最少的测法；
5.B=K .Im ,K为常数，记录在线圈上。
基本要求
• 数据记录 • 思考与作业