大一物理实验报告答辩霍尔效应与应用设计剖析课件

1、霍尔效应与应用设计第1页，共33页。 当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应第2页，共33页。霍尔效应的应用在现代汽车上广泛应用的霍尔器件：ABS 系统中的速度传感器汽车速度表和里程表液体物理量检测器发动机转速传感器。第3页，共33页。量子领域的霍尔效应第4页，共33页。 【实验目的】1通过实验掌握霍尔效应基本原理，了解霍尔 元件的基本结构；2学会测量半导体材料的霍尔系数、电导率、 迁移率等参数的实验方法和技术；3学会用“对称测量法”消除副效应所产生的 系统误差的实验方法。 4学习利用霍尔效应测量

2、磁感应强度B及磁场 分布。5. 探究能否用更少的数据完成实验第5页，共33页。实验原理第6页，共33页。ISVH一、霍尔效应原理第7页，共33页。根据霍尔系数RH可进一步确定以下参数载流子浓度 电导率 迁移率第8页，共33页。二、实验中的副效应及其消除方法（1）不等势电压降V0（2）爱廷豪森效应热电效应引起的附加电压VE（3）能斯托效应热磁效应直接引起的附加电压VN（4）里纪勒杜克效应热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL0非大电流，非强磁场下，VH VE，因此VE可略而不计第9页，共33页。三、利用霍尔效应原理测量磁场 利用霍尔效应测量磁场是霍尔效应原理的典型应用。 若已知材料的霍尔系数RH

3、，通过测量霍尔电压VH，即可测得磁场。其关系式是第10页，共33页。四、长直通电螺线管轴线上磁感应强度根据毕奥-萨伐尔定律，对于长度为2L,匝数为N,半径为R的螺线管离开中心点x处的磁感应强度为第11页，共33页。实验内容第12页，共33页。1.测量霍耳电压与工作电流，记录数据测绘VH-IS曲线 恒定磁场，保持励磁电流IM=0.50A，调整工作电流IS,记录数据根据数据画出VH-IS曲线，第13页，共33页。通过回归法可计算出k1=2.0123VH-IS曲线第14页，共33页。2.测量霍耳电压与励磁电流IM，记录数据测绘VH-IM曲线 恒定磁场，保持工作电流IS=3.00mA，调整励磁电流IM

4、,记录数据根据数据画出VH-IM曲线，第15页，共33页。通过回归法可计算出k2=12.0725VH-IM曲线第16页，共33页。可得到与仪器标注178 mV/mAT相差不大第17页，共33页。计算KH的不确定度由于实验没有对同一数据进行多次测量取平均值，没有A类不确定度，B类不确定度源于仪器的测量误差，已知仪器的测量准确度为0.5%，取均匀分布rrr第18页，共33页。0.0005775 mV/mAT第19页，共33页。3.在零磁场下（即IM=0），测量VBC（即V）。（IS取0.10，0.20，0.301.00mA）通过回归法可计算出 k3=766.5455第20页，共33页。计算载流子浓

5、度n、电导率、迁移率与其不确定度:UN 、U、U主要源于所给霍尔元件尺寸的误差第21页，共33页。4.亥姆霍兹线圈单边水平方向磁场分布（IS=3.00mA，IM=0.500A）第22页，共33页。5.通电螺线管轴向磁场分布（IM为500mA，Is为3.00mA）第23页，共33页。理论值 测量值第24页，共33页。实验遇到的问题及解决的方法第25页，共33页。是否需要考虑地磁场？ 不需要。地磁场过于微弱（50-60T），对实验产生的影响完全可以忽略， 但如果周围有产生强磁场的物体，比如变压器，输电线等，最好换更场地第26页，共33页。实验使用了直流电，而且会长时间使用装置，这样做是否会影响实验

6、结果？ 有影响，爱廷豪森效应热电效应引起的附加电压VE被证明无法消除，但可通过使用交流电减小误差，即便使用直流电，在非大电流，非强磁场下，VH VE，因此VE可忽略不计 实验中本人将一空闲装置启动后单独放置了半个小时左右，其读数变化不明显（约0.02mV），为了严谨，使用装置时最好每十分钟关机冷却一分钟以上第27页，共33页。记录时需记录V1、V2、V3、V4并求平均值过于麻烦，能否只用两个电压数据的平均值 完成实验？ 在实验中发现两个电压数据的平均值不但接近四个电压的平均值，而且与电流之间的回归方程的斜率似乎也很接近 我们无法彻底消除误差，但我们可以减小误差，只要可以将其减小到我们可以接受的

7、范围，依旧可以算作排除了误差影响，而用尽可能少的实验操作减少误差也是实验的重点之一 第28页，共33页。 如果只使用两个电压的平均值 (|V1|+|V2|)/2= VH + VN + VRL + VE (|V1|+|V3|)/2= VH + VE (|V2|+|V4|)/2= VH + VE (|V3|+|V4|)/2= VH - VN - VRL + VE 由可以知道实验时VE很小可以忽略，但是这样做对斜率造成的影响 是否明显呢？ 第29页，共33页。借助实验1的数据，进行计算 使用四个数据的平均值时，通过回归法计算出k=2.0123 只使用V1、V2的平均值时，通过回归法计算出k=2.0182 只使用V1、V3的平均值时，通过回归法计算出k=2.0121 只使用V2、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0125 只使用V3、V4的平均值时，通过回归法计算出k=2.0064 斜率相差不大，但仍有差异,出于严谨，不能只使用两个电压数据的平均值进行计算第30页，共33页。 实验中还有哪些未考虑到的误差？会有什么影响？如何处理这些误差？ 实验装置不可能达到绝对完美的精准。霍尔元件不会完美地位于励磁线圈几何中心点上，也不会刚好处于螺线管的几何轴线上，与磁场也不会完全垂直，线圈、螺线管不可避免的会有漏磁现象，磁场分布变化也不