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变温霍尔效应 南昌大学物理实验中心 2011年5月 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验原理 实验仪器 实验内容 数据处理 思考题 注意事项 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 相关知识 根据霍尔效应原理制成的霍尔器件，可用于磁场和功率测量，也可制成开关元件，在自动控制和信息处理等方面有着广泛的应用。 霍尔效应的应用 测量载流子浓度 测量磁场强度 测量地磁场 电信号转换及运算 设计磁流体发电机 测量电流强度 测量微小位移 电流的测量 大的电流，安培表不易测量，然而，却可以用霍尔效应测出： 在被测导线外套上一个带有缺口(缺口宽为x)的标准圆环铁心，将霍尔片插入缺口中。因铁心中的磁感应强度B与导线中的电流I′成正比，设圆环与导线共心，圆环半径r 远大于导线直径， 由安培环路定理： 设导体中通电流I，有： k为霍尔系数 只要测出电压U，且k, ,I,r,d均已知，即可求得导线中的电流 其实这里还运用电子传感、输出设备，直接输出U，这样能更方便一些。 （注：为精确测量，应使用半导体材料制成的灵敏度高的霍尔元件代替导体，对于半导体， 仍成立，只不过k要计及量子效应。） 位移测量 精确测量微小位移在应用型物理中非常重要，但微小位移的精确测量比较复杂，我认为这里也可以应用霍尔效应进行测量。 将两块永久磁铁同极相对而置，再将与位移物体相连的霍尔元件置于其中磁感应强度为零处，当霍尔元件与两块磁铁的相对位置发生改变时，霍尔元件的电压就可以反映位移的数值。 应用设想 当磁极正对霍尔器件且间距固定时，若中间无铁磁性物质阻挡，磁路畅通，则有霍尔电压；若中间有铁磁性物质阻挡，磁路断，则无霍尔电压。 这种“开关效应”在生活中可以有很多应用。 防盗应用 原理：用霍尔元件的开关效应来控制发音装置。 设计： 1—永久磁铁 2—霍尔元件 3—发音装置 节水应用 原理：用霍尔元件的开关效应来控制水的开关。 设计： 1—永久磁铁 2—霍尔元件 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。 相信随着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为人类造福。 * 没有人工掺杂的半导体称为本征半导体，本征半导体中的原子按照晶格有规则地排列，产生周期性势场。在这一周期势场的作用下，电子的能级展宽成准连续的能带。 束缚在原子周围化学键上的电子能量较低，它们所形成的能级构成价带； 脱离原子束缚后在晶体中自由运动的电子能量较高，构成导带； 导带和价带之间存在的能带隙称为禁带。 Conduction band Valance band Energy gap 随着温度升高，部分电子由于热运动脱离原子束缚，成为具有导带能量的电子，它在半导体中可以自由运动，产生导电性能，这就是电子导电。 而电子脱离原子束缚后，在原来所在的原子上留下一个带正电荷的电子的缺位，通常称为空穴，它所占据的能级就是原来电子在价带中所占据的能级。因为邻近原子上的电子随时可以来填补这个缺位，使这个缺位转移到相邻原子上去，形成空穴的运动，产生空穴导电。 半导体的导电性质就是由导带中带负电荷的电子和价带中带正电荷的空穴的运动所形成的。这两种粒子统称载流子。本征半导体中的载流子称为本征载流子，它主要是由于从外界吸收热量后，将电子从价带激发到导带，其结果是导带中增加了一个电子而在价带出现了一个空穴，这一过程成为本征激发 。 为了改变半导体的性质，常常进行人工掺杂。不同的掺杂将会改变半导体中电子或空穴的浓度。 若所掺杂质的价态大于基质的价态，在和基质原子键合时就会多余出电子，这种电子很容易在外界能量（热、电、光能等）的作用下脱离原子的束缚