对霍尔效应测量磁场实验的方法改进

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对霍尔效应测量磁场实验的方法改 进 【摘 要】文本以大学物理实验 中有关“霍尔效应测量磁场” 中只能测长 直螺线管轴线上的磁场分布不足情况， 提出相应的改进方法。这种可以对任一 未知磁场在二维空间的分布进行测量， 在此基础上拓展到测量三维空间磁场的 分布。利用改进之后的方法进行物理实 验，学生对霍尔效应的认识会更加深刻， 对其原理以及磁场的性质会有更好的认 知，还能够培养学生的创意思维和实践 操作能力。 中国论文网 /8/view-12932899.htm 【关键词】霍尔效应；测量磁场； 实验；方法；改进 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 0 引言 霍尔效应在实际的应用中，还会 出现一些其他效应，比如载流子迁移速 率 u 服从统计分布规律，小于霍尔电场 作用力的洛伦兹力会作用于速度校的载 流子，使其向霍尔电场作用力方向偏转， 速度大载流子受到磁场作用力大于霍尔 电场作用力，向洛伦兹力方向偏转。这 样一来，一侧高速载流子会增加，相当 于温度较高，相对一侧的低速载流子增 多，也就是温度较低。这就是作为的温 差电动势 VE，也被称之为爱延豪森效 应。想要建立这种效应，需要花费一定 的时间，并且在直流电测量的时候，会 给霍尔电压测量带来一定误差，如果采 用交流电，则可以减少测量误差。 1 霍尔效应测量磁场的基本原理 霍尔效应是磁电效应的一种，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，这个电势差就被叫做 霍尔电势差.导体中的载流子在外加磁场 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而 使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电 荷积累，形成垂直于电流方向的电场， 最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥 力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定 的电势差即霍尔电压.正交电场和电流强 度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数. 平行电场和电流强度之比就是电阻率.因 此，对于一个已知霍尔系数的导体，通 过一个已知方向、大小的电流，同时测 出该导体两侧的霍尔电势差的方向与大 小，就可以得出该导体所处磁场的方向 和大小。 2 霍尔效应测量磁场实验的方法 改进分析 2.1 改进方案 2.1.1 仪器的选取 目前，我国普遍大学在物理实验 的过程中，在霍尔效应环境下对磁场测 量的过程下，主要运用的仪器就是螺线 管磁场实验仪和霍尔效应测试仪，这两 种仪器都是集成化速度比较高的仪器， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 这样就会在一定程度上对学生的思维开 发和支柱装置侧磁场的能力造成了严重 的限制和约束。所以，在对磁场源进行 选择的过程中，需要保证是一条形的磁 铁，在实际的测量的过程中还包括霍尔 云片和毫伏表以及稳定电源等等。 2.1.2 实验装置设计 本这个实验主要依据的原理，依 旧是国内比较传统的霍尔效应侧磁场原 理，在对三维空间的磁场分布进行测量 的重要目标，就是对二维空间磁场的分 布进行严格的测量，这个测量的过程中， 就需要对二维空间磁场的分布进行测量， 从而对实验装置进行合理的设计。在对 装置线路进行设计的过程中，最主要的 思路就是需要将一对条形磁铁周围产生 的磁场环境作为重要测量对象，还需要 严格的保证条形磁铁的固定程度，并且 还要采用一块有机玻璃作为稳定的支撑 物，最后走运用乳胶对条形的磁铁进行 固定。另外，在对霍尔电压和电流进行 测量的过程中，就需要将霍尔片的两个 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 对边进行焊接，并且将导线进行焊接。 但是因为霍尔片自身比较小，还需要保 证在实验的过程中能够获取比较准确的 数据，就需要在测量的过程中要保证不 能用手直接进行接触，这就需要采用乳 胶，对一个空心的圆珠笔下端进行固定， 还需要使其中的发现方向保持在水平面 之内。在霍尔片工作的过程中，需要提 供一个比较稳定的电流和电源，为了能 够对电路进行全方面的保护，就需要采 用一只电阻对其他电阻进行严格的限制， 还需要利用单只刀的开关，将电路进行 接通和切断。除此之外，在特定的环境 下测长就会具有方向，为了保证能够指 向不该指向的方向，就需要运用一张带 有坐标的胶片，粘附在玻璃板的上面， 这样不仅可以挖去中心的量角器，从而 指向霍尔片的法线方向，还可以有效的 对三维空间的磁场分布测量进行扩展。 2.2 实验结果的效应 在应用各种技术的过程中，最重 要的就是霍尔效。但是，在实际测量的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 过程中，霍尔发现，如果在磁场中的主 体地方施加一个电压，就会促使磁场的 方向垂直在电压施加的方向，人们将这 种电压称之为霍尔电压，而其中出现的 现象就是霍尔效应。依据霍尔效应原理 背景下，做成的霍尔器件，主要是将磁 场作为工作过程中的媒体，并且将物体 中运动的参数进行转变，从而转化为数 字电压的形式而输出，最终使磁场自身 具备传感和开关的功能。例如，汽车的 点火系统，就需要设计者将霍尔传感器 放在分电器之间，从而可以有效取代机 械断电器。在这种情况下，就会促使霍 尔式点火脉冲发生器，会跟随转速变化 的磁场，在半导体层中产生脉冲电压， 最终对电控电源的初级电流进行严格的 控制。但是，站在机械断电器的角度来 看，就可以对霍尔式点火脉冲的发生器 进行全方面的维护，可以适应各种恶劣 的工作环境，这样不仅可以对点火的时 候进行准确的控制，还可以有效的提高 发动机自身的性能。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 2.3 方案优缺点分析 2.3.1 实验方案 对于现阶段大学物理实验过程中， 运用的霍尔效应磁场测试项目的过程中 来说，装置中采用的霍尔片，只能够在 螺丝管中的轴线上移动，法线的防线也 能够保持方向的水平，这也就只能够对 螺线管中的磁场分布进行测量，这个实 验的过程中主要以一对条形磁铁在二维 空间的磁场分布为对主要测量对象。而 对于设计的方案来说，需要将霍尔片放 在测量磁场中的任意位置，保证可以转 动一周，对霍尔电压的大小和霍尔片法 线的方向进行严格的观察和测量，这个 阶段中，就可以将霍尔片的法线方向设 定为这个磁场中的主要方向，从而有效 保证测量的磁场都可以确定下来。 2.3.2 实验方法 将霍尔片的位置进行改变，就可 以将二维空间中的磁场进行有效的确定。 这种方法可以对磁场自身进行测量，但 是不能够对磁场周围的环境进行测量。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 但是这个实验方案，可以解决上文实验 过程中的问题，可以采用霍尔片在磁场 中自由的移动，并且霍尔片的发现方向 也可以随意转动，这样不仅可以将最大 的电压值和霍尔片的法线方向进行严格 的观察和测量，还可以对测量的磁场大 小和方向进行有效的确定。由此看来， 这个实验方案，可以对磁场中的任何 h 境和地点进行测量。另外，这个实验 方案还可以对大学物理实验过程中的霍 尔效应的测量方法进行重点关注，从而 对测量磁场的实验方法进行全方面的改 进和完善，要重点对学生的创新思维进 行培养。 3 结束语 本文首先对大学物理实验中的霍 尔效应测量原理进行了阐述，继而提出 了可以利用霍尔效应测量二维空间磁场 分布的方案