有人能详细讲解一下霍耳效应吗 急!

发布网友 发布时间：2022-04-23 20:12

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热心网友 时间：2023-10-08 19:34

霍耳效应

当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于电流和磁场的方向的导体两侧产生电势差的现象。电势差的大小与电流和磁场强度的乘积成正比，而与物体沿磁场方向的厚度成反比。比例系数称霍耳系数，它同物体中载流子的符号和浓度有关。一般说来，金属和电解质的霍耳效应都很小，但半导体则较显著。因此，研究固体的霍耳效应可以确定它的导电类型以及其中载流子的浓度等；利用半导体的霍耳效应可以制成测量磁场强度的磁强计、微波技术及电子计算机中的元件等。有一个厚度为d、宽为l的导电薄片，沿x轴通有电流强度I。当在y轴方向加以匀强磁场B时，在导体薄片两侧（图中的A，A’）产生电势差UAA’。这就是霍耳效应。假设所讨论导电薄片的载流子（参与
可知，这些正电荷的载流子所得到的力沿+Z轴方向。若薄片中载流子为负电荷，q＜0，则
■
轴方向的洛仑兹力
f1=qvB
设载流子为正电荷，由于洛仑兹力的作用，正电荷将在A侧堆积，而在A’侧出现负电荷，并产生由A指向A’的横向电场Et。显然Et对q的作用力fe=qEt，与fL=qvB反向，当
qEt＝qvB
或当电场Et满足
Et=vB
时相同的运动状态，同时A，A’两侧停止电荷的继续堆积，从而在AA’两侧建立一个稳定的电势差UAA’

又电流强度I＝nqvL•d，n为单位体积的载流子数。则载流子的漂移速度
v＝I/nqLd
将其代入UAA’＝vBl得

若载流子为负电荷，作与前相同的讨论，仍然得到上式，不过式中q＜0，因而UAA’＜0即A’点的电势高于A点。只要我们将式中的q理解为代数

k称为霍耳系数，与所测材料的物理性质有关。当载流子q＞0时，k＞0，

由实验测得霍耳系数k，从而确定该材料的载流子浓度n，以及载流子的电性能（q＞0或q＜0）。霍耳效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中。例如用霍耳效应以确定一种半导体材料是电子型（n型——多数载流子为电子）还是“空穴”型（p型——多数载流子为空穴）。半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其它因素的影响很大，因此霍耳效应为研
原子价的金属符合，而对双原子价的金属以及半导体材料，霍耳系数不能写成这种形式，必须用量子理论来说明。但半导体材料的霍耳系数k与其载流子浓度n之间仍有反比关系。利用霍耳效应的霍耳元件有很多方面的用途：例如测量磁场；测量直流和交流电路中的电流强度和功率；转换信号，如把直流电流转换成交流电流并对它进行调制，放大直流或交流讯号等。
http://cache.baidu.com/c?word=%BB%F4%3B%B6%FA%3B%D0%A7%D3%A6&url=http%3A//www%2Ejle%2Ecom%2Ecn/bksc/%CE%EF%C0%ED/%B1%B8%BF%CE%CB%D8%B2%C4/%CE%EF%C0%ED%BF%C6%C6%D5/wlkp40%2Edoc&p=847ac54ad49f03f006be9b7d0e52&user=

热心网友 时间：2023-10-08 19:35

1. 了解霍耳效应的原理及霍耳元件有关参数的含义及作用。
2. 测绘霍耳元件的 – 、 – 曲线，了解霍耳电压 与霍耳元件控制电流 、励磁电流 之间的关系。
学习利用霍耳效应测量磁学量的测量一般比较困难，可以通过一定的物理规律，把磁学量转化为易于测量的电学量，这种方法是物理实验的常用方法。
本实验主要介绍利用霍耳效应法测量磁感应强度。具有霍耳效应功能的元件称为霍耳元件，它在测量中
3. 【实验目的具有频率响应宽（从直流到微波）、可靠、小型、测量时无接触、使用寿命长和成本低等优点，目前在测量技术、电磁铁气隙中的磁感应强度 及磁场分布。
4. 学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

【实验仪器】
ZKY—HS霍耳效应实验仪，ZKY—HC霍耳效应测试仪

【实验原理】
图1 霍耳效应实验仪
霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场。
如图2所示，把一载流导体板垂直于磁场 放置，如果磁场 垂直于导体板中电流 ，那么在导体中垂直于 和 的方向就会出现一定的电势差 ，这一现象叫做霍耳效应， 叫做霍耳电势差（或霍耳电压）。

图2 霍耳效应原理图
本实验用N型半导体（其载流子为电子），设它的长为 ，宽为 ，厚为 。沿Z轴正向加一磁场 ，沿Y轴正向通一工作电流 ，半导体中的载流子将在X方向受到一个洛仑兹力(如图2中所示)
（1）
式中e、 分别是载流子的电量和平均漂移速度。载流子受力偏转的结果在X方向形成霍耳电势差 （此过程大约在10-13—10-11秒内就完成），从而形成一个霍耳电场 。由于霍耳电场对载流子的作用力 总是与 的方向相反，所以，当 时，载流子的聚集就达到动态平衡。电场力的大小为
（2）
设霍耳元件中载流子的浓度为n，则电流强度为 ，因此有
（3）
于是洛仑兹力的大小可表示为
（4）
由 可得
（5）
令
（6）
称为霍耳系数，它是反映材料霍耳效应强弱的重要参数。于是有
（7）
若令
（8）
则有
（9）
称为霍耳灵敏度，对一定的霍耳元件是一个常数。它的大小与材料的性质以及元件的尺寸有关，它表示霍耳元件在单位磁感应强度和单位控制电流强度下的霍耳电压的大小。
利用（9）式，如果磁场的磁感应强度B为已知，测出通过霍耳元件的工作电流IS和相应的VH ，就可以测定该元件的灵敏度KH

反之，如果霍耳元件的灵敏度 已知，只要测得了 和 ，就可测定霍耳元件所在处的磁场B 。
由（6）式可知，霍耳系数 与载流子的浓度 成反比，由于半导体中载流子的浓度小于金属，所以半导体的霍耳效应比金属显著。又由（6）和（7）有
(10)
因此知道了 、 、 、 就可以计算出该材料的载流子浓度。
如果半导体为N型（载流子为电子），则 为负， 也为负；若半导体为P型半导体（载流子为空穴）， 为正， 也为正。因此，利用霍耳系数的正、负可以判断半导体的导电类型。如果知道了载流子的类型，就可以由 的正、负确定磁场的方向。

【实验中产生的副效应及其消除方法】
实际测量时所测得的电压不只是VH，还包括其他因素带来的附加电压。下面首先分析其产生的原因及特点，然后探讨其消除方法。
1、不等势电势
由于制作时，两个霍耳电势极不可能绝对对称地焊在霍耳片的两侧、霍耳片电阻率不均匀、控制电流极的端面接触不良都可能造成两极焊接点不在同一等位面上，此时虽未加磁场，但两接点间存在电势差 ， ， 是两等位面间的电阻，由此可见，在 确定的情况下， 与 的大小成正比，且其正负随 的方向面改变。
2、爱廷豪森效应
从微观来看，当霍耳电压达到一个稳定值VH时，速度为v的载流子的运动达到动态平衡。但从统计的观点看，元件中速度大于v和小于v的载流子也有。因速度大的载流子所受的洛仑兹力大于电场力，而速度小的载流子所受的洛仑兹力小于电场力，因而速度大的载流子会聚集在元件的一侧，而速度小的载流子聚集在另一侧，又因速度大的载流子的能量大，所以有快速粒子聚集的一侧温度高于另一侧。由于霍耳电极和霍耳元件两者材料不同，电极和元件之间形成温差电偶，这一温差产生温差电动势 ，这种由于温差而产生电势差的现象称为爱廷豪森效应。 的大小和正负号与 、 的大小和方向有关，跟 与 、 的关系相同，所以不能在测量中消除。
3、能斯脱效应
在元件上接出引线时，不可能做到接触电阻完全相同。当工作电流 通过不同接触电阻时会产生不同的焦耳热，并因温差产生一个温差电动势，此电动势又产生温差电流Q（称为热电流），热电流在磁场的作用下将发生偏转，结果产生附加电势差 ，这就是能斯脱效应。它与电流 无关，只与磁场 有关。
4、里记-勒杜克效应
由能斯脱效应产生的热电流也有爱廷豪森效应，由此而产生附加电势差 ，称为里记-勒杜克效应。 与 无关，只与磁场 有关。
因此，在确定磁场 和工作电流 的条件下，实际测量的电压包括 、 、 、 、 五个电压的代数和。为了减少和消除以上效应引起的附加电势差，利用这些附加电势差与霍耳元件工作 、励磁电流 的关系，采用对称（交换）测量法进行测量。测量时可用改变 和 （励磁电流 ）的方向的方法，抵消负效应的影响。例如测量时首先任取某一方向的 和 为正，用 、 表示，当改变它们的方向时为负，用 、 表示，保持 、 的数值不变，在（ 、 ）、（ 、 ）、（ 、 ）、（ 、 ）四种条件进行测量，测量结果分别为：
当 、 时
当 、 时
当 、 时
当 、 时
从上述结果中消去 、 和 ，得到

一般地 比 小得多，在误差范围内可以忽略不计。

【实验内容与步骤】
1、测试仪面板上的“ 输出”、“ 输出”和“ 输入”三对接线柱分别与实验仪上的三对相应的接线柱连接好。具体操作：
（1）霍耳效应测试仪面板右下方供给励磁电流 （0—1000mA）的直流恒流源输出端（ 输出）接霍耳效应实验仪上电磁铁线圈电流的输入端
（2）霍耳效应测试仪面板左下方供给霍耳元件控制（工作）电流 的直流恒流源（0—10mA）输出端（ 输出）接霍耳效应实验仪上霍耳元件工作电流输入端
（3）霍耳效应实验仪上霍耳元件的霍耳电压 输出端接霍耳效应测试仪中部下方的霍耳电压输入端（ 输入）
2、开机前将 、 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态。测量前将实验仪上的三个换向开关K1、K2、K3断开。
3、将霍耳元件调至电磁铁气隙内的中心位置附近（如图3），将K1、K2、K3电键均倒向下方接通电路（此时为“+”）。
图3
4、保持励磁电流 =1000mA不变，、改变工作电流，调节 =1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00、9.00、10.00mA，并分别改变 、 的方向，测出相应的霍耳电势差 ，填入表1。根据测量数据绘出 ～ 曲线，验证线性关系。
5、霍耳元件仍位于气隙的中心，保持工作电流 =10.00mA不变，调节 =100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000mA，分别测量霍耳电压 ，填入表2，并绘出 ～ 曲线，验证线性关系范围，分析当 达到一定值以后， ～ 直线斜率变化的原因。
6、将霍耳元件置于电磁铁的中心，调节 =1000mA、 =10.00mA。使霍耳元件从中心向边缘移动，每隔5mm选一个点测出相应的霍耳电压 ，填入表3。根据已知的霍耳灵敏度KH值（见仪器标注），由公式求出磁感应强度B的大小：

【注意事项】
1. 霍耳元件及二级移动易折断、变形，要注意保护，应注意避免挤压、碰撞等，不要用手触摸霍耳元
2. 实验前应检查两者及电磁铁是否松动、移位，并加以调整。
3. 实验中应使霍耳元件平面与磁感应强度 垂直，此时 ，即 取最大值。
4. 仪器组装时已调整好，为防止搬运、移动中发生的形变、位移，实验前应将霍耳元件移至电磁铁气隙的中心，调整霍耳元件方位，使其在 、 相同时，达到输出 最大。
5. 霍耳元件的工作电流引线与霍耳电压引线不能搞错；霍耳元件的工作电流和螺线管的励磁电流要分清，否则会烧坏霍耳元件。
6. 为了不使电磁铁过热而受到损害，影响测量的精度，除读取有关数据的短时间内通以励磁电流 外，其余时间要断开励磁电流开关。
7. 仪器不宜在强光照射、高温、强磁场、有腐蚀性气体的环境下工作和存放。

2. 用本实验装置能否测量霍耳系数RH？
3. 怎样减小或消除实验中附加电压所产生的影响？

热心网友 时间：2023-10-08 19:35

能.我有论文啊,给我你的邮箱.

热心网友 时间：2023-10-08 19:36

当电流垂直子外磁场方向通过导体或半导体时，在垂直于电流和磁场的方向，物体两侧产生电势差的现象叫做霍耳效应。

由于运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用，因而上层将积累正电荷，相对应下层积累负电荷，如果样品的厚度为b，则上下两侧形成的电势差U=Eb,即E=U/b。其次，由于两端电势差，即两层
之间形成电场。当到达稳定时，带电粒子所受到的磁场力等于电场力，那么这些带电粒子将沿原来的直线方向作匀速运动，而上、下两层分布不再改变，所以电势差达到稳定值。即U=vBb。

从实验测得，霍耳电势差的大小和电流上成正比，和磁感应强度B成正比，而跟薄片的厚度b成反比，即U∝IB/b。