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霍尔效应测磁场实验报告.doc

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霍尔效应测磁场实验报告.doc

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. 优选-
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
. -
. 优选-
〔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