霍尔效应论文

霍尔效应及其应用摘要：当有电流通过它时，垂直于电流和磁场方向会产生一个附加的横向电场，在导电板的两侧会产生一个电势差。霍尔效应可以用带电粒子在磁场中所受的洛仑力来说明。因为磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在两侧分别聚集了正、负电荷，形成电势差。关键词：霍尔效应、磁强计、电磁流量计、磁流体发电机。爱德温·霍尔1855年出生于美国的缅因州，毕业于约翰·霍普金斯大学。在那个年代，金属中导电的机理还不清楚。麦克斯韦在《电磁学》一书中写道：我们必须记住，推动载流导体切割磁力线的力不是作用在电流上…，在导线中，电流的本身完全不受磁铁接近或其它电流的影响。

真是这样吗？1879年，24岁的霍尔在撰写物理学博士论文期间对麦克斯韦的理论进行验证式实验时发现，位于磁场中的导体上出现了横向电势差，霍尔将他的这一发现写成一篇名为“论磁铁对电流的新作用”

的论文，发表在《美国数学杂志》上。这种“新作用”就是后来被人们称作的“霍耳效应”。BdbI图1ABdbI图1A’′A设导电板内定向移动电荷的平均定向移动为，它们在磁场中受到的洛仑兹力为。当之间形成电势差后，电荷还受到一个相反方向的电场力（E为电场强度，b为导电板的宽度，如图1），最后达到稳恒状态时，两个力平衡：。以霍尔效应为基础的霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好。因此，近年来，霍尔效应在科学技术的许多领域如测量技术、电子技术、自动化技术等得到广泛应用。霍尔效应原理的应用常见的有：磁强计、电磁流量计、磁流体发电机等。一．磁强计cBdaIbd图2L磁强记是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器。其原理可解释为：如图2所示，一块导体接上a、b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场之中，a、b间通以电流cBdaIbd图2L设c、d间电势差达到稳定，则U=EL，此时导电的自由电荷受到的电场力与洛伦兹力相平衡，Eq=qvB，式中v为自由电荷的定向移动速度。由此可知，。设导体中单位体积内的自由电荷数为n，则电流I=nqsv，式中S为导体横截面积，S=Ld。因此，由此可知B∝U。这样只要将装置先在已知磁场中定出标度，就可通过测定U来确定B的大小了。二．电磁流量计××××a××××Bd×××××××××v××××b××××图3电磁流量计根据霍尔效应其原理可解释为：如图3所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动。导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定。由××××a××××Bd×××××××××v××××b××××图3三．磁流体发电机RAB等离子束图4NS磁流体发电机所依据的基本原理就是霍尔效应。如图4所示，等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转而聚集到A、B板上，产生电势差。设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平衡RAB等离子束图4NS霍尔效应不但在日常生活中有重要用途，而且在超低温，超导，纳米材料等高科技研究中也有广泛应用。相信，只要我们对霍尔效应进行更深入的研究，就一定能利用霍尔效应更多的为人类造福。参考书目：1、《电磁学》，张玉民