霍尔效应测磁场大学物理实验(二).pptVIP

§1.物理实验的重要作用 §1.物理实验的重要作用 实验8.霍尔效应测磁场 Edwin Hall（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 霍尔电压： 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， 二、实验原理 ---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： ---(决定式)只与材料、厚度有关 二、实验原理 ---(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 (c)能斯脱效应 (d)里记-勒杜克效应 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 P 0 U H I S （ a ）不等势电压 S I P S 大 v 小 v B （ b ）爱廷豪森效应 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。 怎样消除副效应影响？ (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 拨到IH 300Ω IM=400mA 调IH大小 B=265.2mT IH=0.5mA？ 4种组合：U1、 U2、 U3、 U4 “IH/UH”开关 拨到UH 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） 四、实验内容 内容2. 测灵敏度KH IH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 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 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 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 数据处理