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霍耳效应实验报告

学号：200702050940实验人：张学林同组人：杨天海

实验目的：

观察霍耳效应；

了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方法

实验内容：

1、确定样品导电类型；

2、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度；

3、测算长螺线管轴线上的磁场分布。

Fe

Fe

Fm

EH

I

A

B

a

b

VH

--

+

--

+

Fe

Fm

EH

I

A

B

a

b

VH

+

+

--

--

〔a〕

B

〔b〕

z

y

x

(图一)

一、关于霍耳效应

如图一所示。当电流通过一块导体或半导体制成的薄片时，载流子会发生漂移。

而将这种通有电流的薄片置于磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。根据图一中的电流方向，并结合右手定那么，我们可以看到：〔1〕无论导体中的载流子带正电荷还是负电荷，其受力均为Fm方向；〔2〕载流子均会沿X轴方向运动，并最终靠在A端。于是：〔1〕当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷，导致板A端电势高于B端；〔2〕当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷，导致板B端电势高于A端。

这就是霍耳效应。

二、关于霍耳效应性质的研究

如图一，关于霍耳效应的相关参量已如下图。

其中载流子所受的磁场力

〔1〕

载流子所受的电场力

〔2〕

当其所受磁场力与电场力受力平衡时：

有关系， 〔3〕

且有， 〔4〕

我们又知道， 〔5〕

于是，由〔1〕～〔3〕可知

〔6〕

再结合〔4〕式可得 〔7〕

令 〔8〕

为霍耳系数，并代入〔7〕式可得

〔9〕

那么，霍耳系数又可表示为 〔10〕

即， 〔11〕

三、关于霍耳效应的应用

1、利用霍耳效应确定导体的类型

由〔11〕式可得，导体横向电势差与导体中载流子类型有关：当为正时载流子为电子，导体为P型半导体；反之，载流子为空穴，导体为N型半导体。

2、利用霍耳效应计算霍耳系数

根据〔9〕式，可以固定B、b，改变I得到UH，多测几组U—I值。然后根据几组U—I值在直角坐标系中描点，可根据拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。

霍耳灵敏度的计算

假设将〔7〕式中的括号以内的项定义为霍耳灵敏度，即令。于是，〔二、2〕中的霍耳系数计算出来，霍耳灵敏度也就计算出来了。

4、利用霍耳效应计算载流子浓度

由〔7〕、〔11〕式可得。

于是，载流子浓度的计算可以利用〔二、2〕中计算出来的霍耳系数来得到

5、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场分布

由于，并结合〔7〕式可得。当KH确定时，我们可以通过测量对应的UH—I值来测算相应的磁场强度B的值。

DI霍耳片

DI

霍耳片

DV

HI

S1

S2

图二

IS

一、确定导体类型

1、依图二连接电路；

DIS

DI

S0

图三

HI0

IM

3、观察电压表所指示的电压的极性，记录并判断霍耳片的导电类型。

二、测霍耳片对应的U—I值

1、调节HI，记录恒定电流值的大小，读出电压表的示数并记录；

2、调节HI，改变恒定电流值大小7次，重复上述测量并记录。形成8组数据。

三、测长螺线管轴线上的磁场分布

1、测量螺线管全长l并记录数据；

xl

x

l

图四

3、闭合开关S0、S1、S2于某一端，使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方向；

4、调节HI0与HI得恒定电流值IM=0.2A、IS=2.00mA；

5、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表；

6、改变IM、IS的方向三次，形成四组数据并记录；

7、移动附有霍耳片的标尺，改变霍耳片的位置11次，重复上述测量并记录数据。形成12组数据。

考前须知：

1、注意〔一、2，二、2，三、4〕步中调节电流时，不要超过霍耳片的额定电流值；

2、注意表上的接线柱及开关S0、S1、S2不要弄错；

3、在实验步骤〔三、6〕中在磁场变化大的地方要多项选择几个点。

4、为了防止电磁铁过热，数据记录时，要断开开关S0。

实验数据的记录：

霍耳片对应U—I值

表一

量

次数

0．600

1

2．00

-10.9

10.8

-9.3

9.3

-10.075

2

4．00

-21.7

21.6

-18.6

18.6

-20.125

3

6．00

-32.6

32.5

-28.0

27.9

-30.25

4

8．0