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用霍耳元件测量磁场

【实验目的】

★基本要求 ◆提高要求
1、了解霍尔效应测定磁场的原理;
2、测定通电长螺旋管内中部和端部的磁场;
3、测定通电长螺旋管内磁场的分布;


1、自组供电系统及测量系统,进行磁场测定;
2、判断霍尔元件载流子的类型;
3、设计方案测试霍尔元件的热敏特性。

【实验仪器】

螺线管实验仪,螺线管实验仪的配套测试仪等。

【实验原理】

一个导体或半导体薄片,通有工作电流,在垂直于的方向上加一磁场,则在与都垂直的方向会出现一个横向电位差,这种现象称为“霍耳效应”,横向电压称为霍耳电压

式中n为薄片中载流子的浓度,b为薄片厚度。令为霍耳灵敏度,则
可见,若已知,只需测出霍耳电压就可算出磁感应强度B的值。

【实验步骤】

1.测量霍耳电压与工作电流的关系。固定励磁电流为0.8A,逐渐增加工作电流,测得不同方向时的霍耳电压,填入表1中。根据表中数据作关系图。

2.测量霍耳电压与励磁电流的关系。固定工作电流为8mA,逐渐增加励磁电流,测得不同方向时的霍耳电压,填入表2中。根据表中数据作关系图。

3.测量螺线管内的磁场分布。取,将霍耳元件从螺线管中部逐渐向外移动,每隔1厘米测量霍耳电压,计算不同位置磁感应强度B的值,与理论值进行比较分析。

【数据记录和处理】

1. 表1.霍耳电压与工作电流的关系()


4.00

         

5.00

         

6.00

         

7.00

         

8.00

         

9.00

         

10.00

         

根据表中数据作霍耳电压与工作电流的关系图

(这里作图略,注意要用坐标纸作图)。
2. 表2.霍耳电压与励磁电流的关系()


0.300

         

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0.700

         

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0.900

         

1.000

         

根据表中数据作霍耳电压与励磁电流的关系图

(这里作图略,注意要用坐标纸作图)。
3. 表3.螺线管内不同位置的霍耳电压与磁感应强度(


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5.00

         

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14.50

         

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(注:这里作图略,算出后用坐标纸作霍耳电压与磁感应强度的关系图)

螺线管尺寸  

螺线管内中部理论值

螺线管内中部实验值   

理论值与实验值的相对误差

误差来源分析:① 霍耳元件不对称;② 地磁场的影响;③ 仪器示数误差

螺线管内中部磁场强度实验值

端部磁场强度实验值

近似为中部的1/2,原因是螺线管不够长和霍耳元件未达端口。

【思考与讨论】

1.用霍耳元件测螺线管磁场时,怎样消除地磁场的影响?
答:将螺线管置南北方向放置分别测量取其平均值。

2.磁感应强度与霍耳元件不完全正交,则按原理公式求出的值有偏差,属于什么类型的偏差?如何消除?

答:① 属于系统误差。    ② 改变电流方向与磁场方向取平均值。