霍尔效应测磁场的空间分布

1、霍尔效应法测量空间的磁场实验者：*同组实验者：*指导教师：*（班级：*学号：*联系号：*）摘要：测量某霍尔片的性质时，为了消除副效应对实验结果的影响，通常采用“对称测量法” 在现实生活中，如果直接测量某磁场的分布状况是很困难的，但利用霍尔效应电压与磁场的 线性关系，通过测量元件两端的电压就可轻松得知空间某区域的磁场分布。关键词：霍尔电流、霍尔电压、对称测量法、磁场分布一、引言霍尔效应是一种电磁效应是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时 发现的。置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的 方向会产生一附加横向电场，这个现象就是霍尔效应。用该效应制成的

2、霍尔器件已广 泛运用于工业等方面。现就给定的霍尔器件试样的性质进行研究。二设计原理霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用而发生偏转。在试Sh1hBd图1在磁场中的霍尔元件样中通以电流时，由于正负电荷受力方向相反，则在两极 可以积累偏转电荷，产生电压即形成电场。又知电荷所受 电场力与洛仑兹力方向相反，当两者动态平衡时有：所以又可得出B = ；Hf = k .二（1）hShSh其中VH为霍尔电压，B为外磁场，d为霍尔片厚度；SH 为霍尔系数。其物理意义是：在恒定霍尔电流情形下，VH与B是成正比的。在实际应用中 一般通过VH来研究B的分布或VH来研究SH即材料的特性。在产生霍尔

3、效应的同时，也伴随着各种副反应，以致实验测得的电压并不等于真实的霍 尔电压vh值。其中包括不等电压V。、温差电效应一起的附加电压VE、热磁效应直接引起 的附加电压VN、热磁效应产生的温差引起的附加电压VRL。这可以通过IH和B幻想对称测 量法予以消除。不等电势效应引起的电势差V。由于制造上的困难及材料的不均匀性，如图1，3、4 两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x方向流过，即使没有磁场B，3、4两 点间也会出现电势差V。V0的正负只与电流的IH方向有关，而与的B方向无关。综上所述，在确定的磁场B和电流IH下，实际测出的电压是霍尔效应电压与副效应产 生的附加电压的代数和。可以通过对称测

4、量方法，设定电流和IH磁场B的正方向，分别测量由1丑和8组成的四个不同方向的组合（即+B，+ Ih”、-B，+ IH”、 -B，-IH”、 +B，- IJ）可以测量出由下列四组不同方向的和组B合的电压。即：+B, +1 : V =+V + V + V + V + VH 1 H E N R 0-B，+七:V2=-VH-匕匕V + 匕-B，-七:V3=+VH+匕-匕-匕-匕+B，-七:匕二-匕匕+匕+匕一匕求以上四组数据V、V2、V3、V4的代数平均值，可得+ V =匕-V2+ V3-V4H E4由于VE符号与IH、B两者方向关系和VH是相同的，故无法消除，但在电流IH和磁场B较 小时，vhVE，

5、因此可略去不计，所以霍尔电压为0 匕-V2+ V3- V4H4三【实验方案】3.1掌握仪器性能，连接测试仪与实验以之间的各组连线。（1）开机前，测定仪电源的“IH电流调节”和“IM电流调节”旋钮均置零位。（2） 连接好线路之后，将三个换向开关掷向任一侧，并把这一方向定为IH、VH和IM的 正方向。（3）接通电源，预热数分钟。置“测量选择”于IH档，电流表所示的值即随“IH电流调 节”旋钮顺时针转动而增大，其变化范围为010。此时电压表所示读数为“不等 势”电压V0值，它随IH增大而增大，IH换向，V0极性改号，说明IH输出和输入工 作正常。（4） 最后将试验仪的各换向开关恢复到原来一侧；测定仪

6、电源的“IH电流调节”和“IM 电流调节”旋钮均恢复到零位。3.2测单边X方向磁场分布将霍尔片置于电磁铁Y方向中心，IH和IM都固定不变，测量X方向磁场分布VHX曲 线。由于磁场分布的对称性，测量不小于二分之一范围即可。四【数据处理】（下面的四五可以写在一起）4.1实验条件室温=20.0 CN型霍尔片的厚度d=0.10mm线圈匝数N=1500匝线径=0.67 mmSH= 3.5 mm mV / mA KGV0 =-0.3MvRin= 165 QRout= 165 Q表1单边X的方向磁场分布数据记录表】m=顷2 A肾 1.05 mAX(mm)VH(mV)B (T)+B+I-B+I-B-I+B-I

7、12.790.34805.012.67-12.9012.94-12.6512.910.35127.012.80-13.0113.04-12.7712.900.35119.012.75-13.0313.05-12.7812.920.351411.012.80-13.0313.05-12.7812.920.351213.012.80-13.0313.05-12.7812.910.351215.012.79-13.0213.05-12.7712.890.350720.012.78-13.0013.02-12.7512.870.350324.012.76-12.9913.00-12.7412.820.

8、349328.012.72-12.9512.98-12.7012.780.348730.012.70-12.9312.95-12.6812.730.347634.012.66-12.8912.91-12.6412.700.346238.012.61-12.8512.86-12.5812.690.345540.012.58-12.8112.84-12.5612.670.344443.012.54-12.7712.79-12.5212.610.343245.012.50-12.7312.75-12.4712.490.3398V -V + V -V _ 12.67-(-12.79)+12.94 (1

9、2.90)_12791 =4.B 一 匕/日 = 0.3480 其它数据同理可得1 IhSh1.05 x 3.5五【结果与分析】5.1定性分析：装置的预热时间和平衡也会影响实验结果；读数的不稳定性，导致误差产生；由于所有的仪器标准可能不同，故所给的标准值对个人的仪器有一定的误差；5.2定量分析霍尔片不在磁场中央而导致测量磁场和磁场强度时有仪器；视觉上的仪器误差；六、总结：知道了用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，学习用对称交换测量法(异号法)消除 负效应产生的系统误差。由于测量电位的两极位置不在同一等面上而引起的电位差U为不等 位误差。V的方向随电流方向而改变,与磁场武无关。另外还有几个副效应引起的附加误差 VE、VN、VR等由于这些电位差的符号与磁场无关因此，在测量时只要改变磁场，电流 方向以消除这些附加误差，