霍尔效应测磁场实验报告.doc

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实 验 报 告
学生： 学 号： 指导教师：
实验地点： 实验时间：
一、实验室名称：霍尔效应实验室
实验工程名称：霍尔效应法测磁场
三、实验学时：
四、实验原理：
〔一〕霍耳效应现象
将一块半导体〔或金属〕薄片放在磁感应强度为B的磁场中，并让薄片平面与磁场方向〔如Y方向〕垂直。如在薄片的横向〔X方向〕加一电流强度为的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z方向将产生一电动势。
如图1所示，这种现象称为霍耳效应，称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳电压与电流强度和磁感应强度B成正比，与磁场方向薄片的厚度d反比，即
〔1〕
式中，比例系数R称为霍耳系数，对同一材料R为一常数。因成品霍耳元件〔根据霍耳效应制成的器件〕的d也是一常数，故常用另一常数K来表示，有
〔2〕
式中，K称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。如果霍耳元件的灵敏度K知道〔一般由实验室给出〕，再测出电流和霍耳电压，就可根据式
〔3〕
算出磁感应强度B。
图1霍耳效应示意图 图2霍耳效应解释
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〔二〕霍耳效应的解释
现研究一个长度为l、宽度为b、厚度为d的N型半导体制成的霍耳元件。当沿X方向通以电流后，载流子〔对N型半导体是电子〕e将以平均速度v沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B的磁场中，电子将受到洛仑兹力的作用，其大小为
方向沿Z方向。在的作用下，电荷将在元件沿Z方向的两端面堆积形成电场〔见图2〕，它会对载流子产生一静电力，其大小为
方向与洛仑兹力相反，即它是阻止电荷继续堆积的。当和到达静态平衡后，有，即，于是电荷堆积的两端面〔Z方向〕的电势差为
〔4〕
通过的电流可表示为
式中n是电子浓度，得
〔5〕
将式〔5〕代人式〔4〕可得
可改写为
该式与式〔1〕和式〔2〕一致，就是霍耳系数。
五、实验目的：
研究通电螺线管部磁场强度
六、实验容：
〔一〕测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分