霍尔效应测磁场-大学物理实验(二)

实验8.霍尔效应测磁场EdwinHall（1855～1938）1879年，霍尔在美国霍普金斯大学读研究生二年级的时候，研究关于载流导体在磁场中的受力性质时发现的一种现象。霍尔效应：是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。研究条件：室温和中等强度磁场条件背景介绍1880年，霍尔又发现了反常霍尔效应。（磁性金属不加磁场的条件下）。霍尔效应霍尔效应家族（一）1980年,德国物理学家克利青发现了量子霍尔效应。获得1985年的诺贝尔物理学奖（二）1982年美籍华裔物理学家崔琦发现了分数量子霍尔效应。获得1998年的诺贝尔物理学奖（三）2013年，我国物理学家薛其坤院士领衔的团队发现了反常量子霍尔效应。背景介绍霍尔效应家族•量子反常霍尔效应薛其坤院士领衔的团队，2013年发现。材料：拓扑绝缘体磁性薄膜，条件：极低温量子反常霍尔效应可能引发电子器件的技术革命背景介绍1、霍尔效应二、实验原理建立过程：极短，10-12-10-14秒金属或N型半导体载流子---负电荷P型半导体载流子---正电荷BIKUHHH霍尔电压：qEqvBvBEvBbUH/bHUEFB(一定)→偏转→E↑→FE↑→FB=FE，稳定}}推导极性判断：左手定则。B、IH同时改向，UH符号不变注：如B与薄片法线夹角为θ时，cosBIKUHHH二、实验原理nqRH1---只与材料有关用什么材料制作霍尔传感器？怎样提高灵敏度？霍尔系数：霍尔灵敏度：nqdKH1---(决定式)只与材料、厚度有关二、实验原理BIUKHHH---(测量式)2.霍尔效应的应用简介测磁场、电流、位移、转速等。无触点开关、无刷电机等。霍尔传感器（线性型、开关型）在测量、自动化、计算机和信息技术等领域，应用非常广泛集成霍尔元件一般为3端器件一些例子二、实验原理U34=UH？二、实验原理'HIINU热冷(c)能斯脱效应(d)里记-勒杜克效应S'IPRU大v小v热冷B附加电压引线接触电阻引线不在等势面上热运动速率分布引起HI,HBIBBP0UHIS（a）不等势电压SIPS大v小vB（b）爱廷豪森效应EU冷热U34=UH？U34=UH？附加电压符号与B或IH方向有关，改变B（由励磁电流IM决定）、IH方向，附加电压正负抵消。44321UUUUUH(+IM、+IH)(1)-(2)+(3)-(4)：(+IM、-IH)(-IM、-IH)(-IM、+IH))44321EHUUUUUU（RNEIHUUUUUU1(1)RNEIHUUUUUU　　　2(2)RNEIHUUUUUU　　　3(3)RNEIHUUUUUU　　　　4(4)所以：怎样消除副效应影响？)(414321UUUUUH(IM、IH)两个方向、4种组合，测4次电压：(++)：U1(+-)：U2(负)(--)：U3(-+)：U4(负)---对称测量法爱廷豪森附加电压不能消除！二、实验原理FD-HL-5霍尔效应实验仪毫安表毫伏表毫特计怎样用毫伏表测电流IH？测IM测IH,U测B三、实验仪器毫特计调零断开电磁铁电源，IM=0使用前毫特计需调零！注：3个表显示负号均表示极性！三、实验仪器IM换向开关IH换向开关300Ω电阻毫伏表切换开关电磁铁位置调节两个霍尔元件一个被测，一个接毫特计三、实验仪器仪器电路图“IH/UH”拨到IH：测300欧电压拨到UH：测霍尔电压拨到IH300ΩIM=400mA调IH大小B=265.2mTIH=0.5mA？mA5.03001.150IH4种组合：U1、U2、U3、U4“IH/UH”开关拨到UHHHHBIKU正正-U1,正反-U2(负),反反-U3,反正-U4(负)内容1.测研究UH与IH关系IM不变（400mA），位置不变，记录B，改变IH（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mA）测UH（对称测量）示例四、实验内容BIUKHHH)/(1000)/(1TAVmTmAmV内容2.测灵敏度KHIH不变（1mA，即UR=300mV），位置不变，改变IM，测B和UH（对称测量）。计算KH平均值四、实验内容HHHIKUB内容3、测B（不用毫特计），B-IM曲线IH不变（1mA，即UR=300mV），位置不变，改变IM，测UH（对称测量）。计算B，作B-IM图表2、表3可一次性完成注：用内容2的测量结果HK示例四、实验内容内容4、测绘磁极间的磁场分布IM不变（400mA），改变位置X，用毫特计直接测Ｂ，作磁场分布B-X图NS)(mmx0)(mmx)(mTB0示例四、实验内容注意事项元件易碎，引线易折，不可折碰；毫特计调零接线不能接错，否则会损坏霍尔元件。工作电流不能超过5mA，励磁电流不能超过500mA，电磁铁通电时间不能过长。测B-x关系时，x的边缘位置不能达到时，可以不测，不能强行旋转旋钮，以免损坏仪器。拨动换向和转换开关时要到位，以免引起接触不良，造成求数大的波动或非正常改变。作业完成实验报告1、数据处理作UH-IH图计算KH作B-IM图作B-X图2、结果（结论）与分析坐标纸作图或电脑作图打印。作图规范