大学霍尔效应实验报告
霍尔效应实验报告文库

一、实验背景霍尔效应是一种重要的物理现象,最早由美国物理学家霍尔于1879年发现。
当电流通过置于磁场中的导体或半导体时,会在垂直于电流和磁场方向上产生电压,这种现象称为霍尔效应。
霍尔效应不仅揭示了电荷运动规律,而且在许多领域有着广泛的应用,如磁场测量、半导体材料分析、传感器等。
二、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理和实验方法;2. 通过实验测量霍尔元件的霍尔电压与磁场、电流的关系;3. 学习对称测量法消除副效应的影响;4. 确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率。
三、实验原理霍尔效应的原理是基于洛伦兹力定律。
当电流通过导体或半导体时,其中的载流子(电子或空穴)会受到洛伦兹力的作用,从而在垂直于电流和磁场方向上产生横向电场,导致电压的产生。
四、实验仪器1. 霍尔效应实验仪;2. 电源;3. 电流表;4. 磁场发生器;5. 测量线;6. 霍尔元件;7. 导线等。
五、实验内容1. 连接实验电路,确保霍尔元件处于磁场中间;2. 调节电源,使电流表读数稳定;3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压;4. 测量不同电流下的霍尔电压;5. 测量不同磁场强度和电流下的霍尔电压;6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;7. 使用对称测量法消除副效应的影响;8. 根据霍尔电压、电流和磁场强度计算样品的载流子浓度和迁移率。
六、实验步骤1. 按照实验仪说明书连接实验电路,确保霍尔元件处于磁场中间;2. 调节电源,使电流表读数稳定;3. 测量不同磁场强度下的霍尔电压,记录数据;4. 保持磁场强度不变,改变电流大小,测量霍尔电压,记录数据;5. 改变磁场强度,重复步骤3和4,记录数据;6. 根据测量数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;7. 使用对称测量法消除副效应的影响,计算样品的载流子浓度和迁移率;8. 分析实验结果,得出结论。
七、实验结果与分析1. 根据实验数据绘制霍尔电压与磁场、电流的关系曲线;2. 通过分析曲线,确定样品的导电类型、载流子浓度和迁移率;3. 讨论实验过程中可能出现的误差,并提出改进措施。
(完整版)大学物理实验报告系列之霍尔效应

大学物理实验报告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。
【实验名称】霍尔效应【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”消除付效应的影响,测量试样的VH—IS;和VH—IM 曲线。
3.确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
【实验仪器】霍尔效应实验仪【实验原理】对于图1(a)所示的N型半导体试样,若在X方向通以电流1s,在Z方向加磁场B,试样中载流子(电子)将受洛仑兹力FB=e v B(1)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一霍尔电场。
电场的指向取决于试样的导电类型。
对N型试样,霍尔电场逆Y方向,P 型试样则沿Y方向,有:Is(X)、B(Z)EH(Y) <0(N型)EH(Y) >0(P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eE H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eEH=evB(2)其中EH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Is=nevbd(3)由(2)、(3)两式可得VH=EHb=1ISBne d=RISBH d(4)即霍尔电压VH(A、A'电极之间的电压)与IsB乘积成正比与试样厚度成反比。
比例系数RH=1ne称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,R H=V H d IsB⨯1081、由R H 的符号(或霍尔电压的正、负)判断样品的导电类型判断的方法是按图一所示的Is 和B 的方向,若测得的V H = V AA’触f <0,(即点A 的电位低于点A ′的电位)则R H 为负,样品属N 型,反之则为P 型。
霍尔效应及其应用实验报告数据处理

霍尔效应及其应用实验报告数据处理一、实验目的本次实验的主要目的是通过测量霍尔电压、电流等物理量,深入理解霍尔效应的原理,并探究其在实际中的应用。
同时,通过对实验数据的处理和分析,提高我们的科学研究能力和数据处理技巧。
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,这一现象称为霍尔效应。
假设导体中的载流子为电子,其电荷量为 e,平均定向移动速度为v,导体宽度为 b,厚度为 d,外加磁场的磁感应强度为 B。
则电子受到的洛伦兹力为 F = e v B,在洛伦兹力的作用下,电子会向导体的一侧偏转,从而在导体两侧产生电势差,即霍尔电压 UH 。
根据霍尔效应的基本公式:UH = RH I B / d ,其中 RH 为霍尔系数。
三、实验仪器霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。
四、实验步骤1、连接实验仪器,将霍尔元件放入磁场中,确保磁场方向与霍尔元件平面垂直。
2、调节直流电源,给霍尔元件通入恒定电流 I ,并记录电流值。
3、用特斯拉计测量磁场的磁感应强度 B ,并记录。
4、测量霍尔元件两端的霍尔电压 UH ,改变电流和磁场的方向,多次测量取平均值。
五、实验数据记录以下是一组实验数据示例:|电流 I (mA) |磁场 B (T) |霍尔电压 UH (mV) |||||| 500 | 050 | 250 || 500 | 100 | 500 || 500 | 150 | 750 || 1000 | 050 | 500 || 1000 | 100 | 1000 || 1000 | 150 | 1500 |六、数据处理方法1、计算霍尔系数 RH根据公式 UH = RH I B / d ,可得 RH = UH d /(I B) 。
由于 d 为霍尔元件的厚度,在实验中为已知量,因此可以通过测量不同电流和磁场下的霍尔电压,计算出霍尔系数 RH 。
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、了解霍尔效应的基本原理。
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测量霍尔电压、电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中(磁场方向垂直于薄片平面),当有电流通过时,在垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电场,这种现象称为霍尔效应。
2、霍尔电压产生的横向电场导致薄片两侧出现电势差,这个电势差称为霍尔电压$U_H$ 。
霍尔电压的大小与通过薄片的电流$I$、磁场的磁感应强度$B$ 以及薄片的厚度$d$ 等因素有关,其关系式为:$U_H =\frac{R_H IB}{d}$其中,$R_H$ 称为霍尔系数,它与半导体材料的性质有关。
3、磁场的测量若已知霍尔系数$R_H$ 、通过的电流$I$ 以及霍尔电压$U_H$ ,则可以计算出磁感应强度$B$ :$B =\frac{d U_H}{R_H I}$三、实验仪器霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。
四、实验内容与步骤1、仪器连接将霍尔效应实验仪的各部分按照说明书正确连接,确保线路接触良好。
2、调节参数(1)调节励磁电流,使磁场达到一定强度。
(2)调节工作电流,使其在合适的范围内。
3、测量霍尔电压(1)保持励磁电流不变,改变工作电流,测量不同工作电流下的霍尔电压。
(2)保持工作电流不变,改变励磁电流,测量不同励磁电流下的霍尔电压。
4、数据记录将测量得到的电流、霍尔电压等数据准确记录在表格中。
五、实验数据记录与处理1、数据记录表格|工作电流 I (mA) |励磁电流 IM (A) |霍尔电压 UH (mV) |||||| 100 | 050 | 250 || 150 | 050 | 375 || 200 | 050 | 500 || 250 | 050 | 625 || 100 | 100 | 500 || 100 | 150 | 750 || 100 | 200 | 1000 |2、数据处理(1)根据实验数据,绘制霍尔电压$U_H$ 与工作电流$I$ 的关系曲线,分析其线性关系。
大物霍尔效应实验报告(共8篇)

大物霍尔效应实验报告(共8篇)大学物理实验报告系列之霍尔效应大学物理实验报告)篇二:霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称:姓名:学院:系:专业:年级:学号:指导教师:成绩:年月日(实验报告目录)实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一.实验目的和要求:1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的VH?Is,VH?IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制(工作)电流Is、励磁电流IM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、判断霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。
5、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,从本质上讲,霍尔效应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。
如右图(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正向通以电流Is(称为控制电流或工作电流),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。
由于洛伦兹力fL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fE的作用。
随着电荷积累量的增加,fE增大,当两力大小相等(方向相反)时,fL=-fE,则电子积累便达到动态平衡。
这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场EH,相应的电势差称为霍尔电压VH。
设电子按均一速度向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛伦兹力为fL=-eB式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,B为磁感应强度。
霍尔效应及其应用实验报告

课程名称:大学物理实验(二)实验名称:霍尔效应及其应用
图3.3 霍尔器件输出特性测量仪器实物图
仪器操作注意事项
1、测试仪开关机前将I S和I M旋钮逆时针转到底,防止输出电流过大;
2、I S和I M接线不可颠倒,以防烧坏霍尔片;
3、式样应置于螺旋线圈/铁芯气隙内磁场均匀处(即尽量处于中心)。
4、电压表调零
,测试仪功能选择置于“V H”,然后调节I M=0.5A,d=0.5mm
K,单位为千高斯/安(KGs/A)
表5.1 V H—I S曲线图
表5.2测绘曲线V H—I M数据记录表
/mV V2/mV V3/mV V4/mV V
Is-B,+Is-B,-Is+B,-Is
-4.52 4.53-4.80
-6.07 6.11-6.36
-7.637.64-7.92
-9.199.20-9.47
-10.7510.76-11.03
-12.3112.32-12.60
图5.2V H—I M曲线图
测量螺线管轴线上磁场分布
图5.3螺线管轴线上磁场分布
I S曲线的数据处理如下
=0.500A,K=3.94(KGS/A)
V H1=V1−V2+V3−V4
4=2.64−(−2.54)+2.55−(−2.63)
4
=2.59(mV)
5.1;
B=KI M=0.394×0.5=0.197(T)。
霍尔效应实验报告优秀4篇

霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1.液晶光开关的工作原理液晶的种类很多,仅以常用的TN(扭曲向列)型液晶为例,说明其工作原理。
TN型光开关的结构:在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶,液晶分子的形状如同火柴一样,为棍状。
棍的长度在十几埃(1埃=10-10米),直径为4~6埃,液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极,电极的表面预先作了定向处理(可用软绒布朝一个方向摩擦,也可在电极表面涂取向剂),这样,液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里;电极表面的液晶分子按一定方向排列,且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用,趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直,所以从俯视方向看,液晶分子的排列从上电极的沿-45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿+45度方向排列,整个扭曲了90度。
理论和实验都证明,上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质,即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时,偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面,P1的透光轴与上电极的定向方向相同,P2的透光轴与下电极的定向方向相同,于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下,来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光,该线偏振光到达输出面时,其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行,因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1~2伏),在静电场的作用下,除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外,其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。
于是原来的扭曲结构被破坏,成了均匀结构。
从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转,保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交,因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过,加上电场的时候光被关断,因此叫做常通型光开关,又叫做常白模式。
霍尔效应实验报告

一、实验目的1. 了解霍尔效应的产生原理及现象。
2. 掌握霍尔元件的基本结构和工作原理。
3. 通过实验测量霍尔系数、电导率等参数,判断半导体材料的导电类型。
4. 学习使用对称测量法消除副效应产生的系统误差。
5. 利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。
二、实验原理霍尔效应是当电流垂直于磁场通过导体时,在导体两侧会产生垂直于电流和磁场的电压差。
这种现象称为霍尔效应。
根据霍尔效应,可以推导出霍尔电压、霍尔系数、电导率等参数之间的关系。
三、实验仪器与材料1. 霍尔效应实验仪2. 直流电源3. 数字多用表4. 磁场发生器5. 半导体样品四、实验步骤1. 霍尔效应现象观察:将霍尔元件置于磁场中,调节电流和磁场方向,观察霍尔电压的变化。
2. 测量霍尔电压:使用数字多用表测量霍尔电压,记录数据。
3. 测量电流和磁场:使用数字多用表测量通过霍尔元件的电流和磁场强度,记录数据。
4. 计算霍尔系数和电导率:根据实验数据,计算霍尔系数和电导率。
5. 消除副效应:使用对称测量法消除副效应产生的系统误差。
6. 测量磁感应强度及磁场分布:利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布。
五、实验结果与分析1. 霍尔效应现象观察:实验观察到,当电流和磁场垂直时,霍尔电压最大;当电流和磁场平行时,霍尔电压为零。
2. 测量霍尔电压:实验测得霍尔电压随电流和磁场强度的变化关系,符合霍尔效应的规律。
3. 计算霍尔系数和电导率:根据实验数据,计算出霍尔系数和电导率,与理论值基本一致。
4. 消除副效应:使用对称测量法消除副效应产生的系统误差,实验结果更加准确。
5. 测量磁感应强度及磁场分布:利用霍尔效应测量磁感应强度及磁场分布,结果与理论值基本一致。
六、实验结论1. 通过实验,我们了解了霍尔效应的产生原理及现象。
2. 掌握了霍尔元件的基本结构和工作原理。
3. 通过实验测量,我们验证了霍尔效应的基本规律,并计算出霍尔系数和电导率。
4. 使用对称测量法消除了副效应产生的系统误差,实验结果更加准确。
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大学霍尔效应实验报告
篇一:大学物理实验报告系列之霍尔效应
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大学
本(专)科实验报告
课程名称:姓名:学院:
系:
专业:年级:学号:
指导教师:成绩:年月日
(实验报告目录)
实验名称
一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器
四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议
霍尔效应实验
一.实验目的和要求:
1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.
2、测绘霍尔元件的VH?Is,VH?IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制(工作)电流Is、励磁电流IM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、判断霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。
5、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
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,从本质上讲,霍尔效应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。
如右图(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正向通以电流Is(称为控制电流或工作电流),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。
由于洛伦兹力fL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fE的作用。
随着电荷积累量的增加,fE增大,当两力大小相等(方向相反)时,fL=-fE,则电子积累便达到动态平衡。
这时在A、B两
端面之间建立的电场称为霍尔电场EH,相应的电势差称为霍尔电压VH。
设电子按均一速度向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛伦兹力为
fL=-eB
式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,B为磁感应强度。
同时,电场作用于电子的力为fE??eEH??eVH/l 式中EH为霍尔电场强度,VH为霍尔电压,l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时,fL??fE?VH/l (1)
设霍尔元件宽度为l,厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制(工作)电流为 Is?ne(2)由(1),(2)两式可得VH?EHl?
IB1IsB
?RHs (3)
nedd
即霍尔电压VH(A、B间电压)与Is、B的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,比例系数RH?
1
称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,根据材料的电导ne
率σ=neμ的关系,还可以得到:
RH??/???? (4)
式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率,即单位电场下载流子的运动速度,一般电子迁移率大于空穴迁移率,因此制作霍尔元件时大多采用N型半导体材料。
当霍尔元件的材料和厚度确定时,设KH?RH/d?1/ned (5)将式(5)代入式(3)中得 VH?KHIsB (6)
式中KH称为元件的灵敏度,它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小,其单位是[mV/mA?T],一般要求KH愈大愈好。
若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有??
?L
(7) ?
EIVI
将(2)式、(5)式、(7)式联立求得??KH?
LIS
? (8) lVI
其中VI为垂直于IS方向的霍尔元件两侧面之间的电势差,EI为由VI产生的电场强度,L、l分别为霍尔元件长度和宽度。
由于金属的电子浓度n很高,所以它的RH或KH都不大,因此不适宜作霍尔元件。
此外元件厚度d愈薄,KH愈高,所以制作时,往往采用减少d的办法来增加灵敏度,但不能认
为d愈薄愈好,因为此时元件的输入和输出电阻将会增加,这对锗元件是不希望的。
应当注意,当磁感应强度B和元件平面法线成一角度时(如图2),作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量Bcos?,此时
VH?KHIsBcos?(9)
所以一般在使用时应调整元件两平面方位,使VH达到最大,即θ=0,
图(2)
VH=KHIsBcos??KHIsB
由式(9)可知,当控制(工作)电流Is或磁感应强度B,两者之一改变方向时,霍尔
电压VH的方向随之改变;若两者方向同时改变,则霍尔电压VH极性不变。
霍尔元件测量磁场的基本电路如图3,将霍尔元件置于待测磁场的相应位置,并使元件平面与磁感应强度B垂直,在其控制端输入恒定的工作电流Is,霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表,测量霍尔电势VH的值。
三.主要实验仪器:
1、 ZKY-HS霍尔效应实验仪
图(3)
包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔
元件及引线。
2、 KY-HC霍尔效应测试仪
四.实验内容:
1、研究霍尔效应及霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n(选做)。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
③判定霍尔元件半导体类型(P型或N型)或者反推磁感应强度B的方向。
④研究VH与励磁电流IM、工作(控制)电流IS之间的关系。
2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小以及分布
①测量一定IM条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度B 的大小。
②测量电磁铁气隙中磁感应强度B的分布。
五.实验步骤与实验数据记录:
1、仪器的连接与预热
将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好,接通电源。
2、研究霍尔效应与霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n。
(可选做)。
a. 调节励磁电流IM为0.8A,使用特斯拉计测量(本文来自:小草范文网:大学霍尔效应实验报告)此时气隙中心磁感应强度B的大小。
b. 移动二维标尺,使霍尔元件处于气隙中心位置。
c. 调节Is=2.00??、10.00mA(数据采集间隔1.00mA),记录对应的霍尔电压VH填入表(1),描绘IS—VH关系曲线,求得斜率K1(K1=VH/IS)。
d. 据式(6)可求得KH,据式(5)可计算载流子浓度n。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
a. 调节Is=2.00??、10.00mA(间隔为1.00mA),记录对应的输入电压降VI填入表4,
描绘IS—VI关系曲线,求得斜率K2(K2=IS/VI)。
b. 若已知KH、L、l,据(8)式可以求得载流子迁移率μ。
篇三:大学物理实验报告系列之霍尔效应
大学物理实验报告
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