Question

怎么知道用霍尔元件测量磁场的实验结果与理论吻合

Answer 1

问：怎么知道用霍尔元件测量磁场的实验结果与理论吻合

答：如右图所示，把一长方形半导体薄片放入磁场中，其平面与磁场垂直，薄片的四个侧面分别引出两对电极（M、N和P、S），径电极M、N通以直流电流IH，则在P、S极所在侧面产生电势差，这一现象称为霍尔效应。这电势差叫做霍尔电势差，这样的小薄片就是霍尔片。

答：假设霍尔片是由n型半导体材料制成的，其载流子为电子，在电极M、N上通过的电流由M极进入，N极出来（如图），则片中载流子（电子）的运动方向与电流IS的方向相反为v,运动的载流子在磁场B中要受到洛仑兹力fB的作用，fB=ev×B，电子在fB的作用下，在由N→M运动的过程中，同时要向S极所在的侧面偏转（即向下方偏转），结果使下侧面积聚电子而带负电，相应的上侧面积（P极所在侧面）带正电，在上下两侧面之间就形成电势差VH，即霍尔电势差。薄片中电子在受到fB作用的同时，要受到霍尔电压产生的霍尔电场EH的作用。fH的方向与fB的方向正好相反，EH=VH/b , b是上下侧面之间的距离即薄片的宽度，当fH+fB=0时，电子受力为零达到稳定状态，则有

答：–eEH +(–ev×B)=0EH= - v×B因 v垂直B，故    EH=\overline{v}v B  （\overline{v}v 是载流子的平均速度）霍尔电压为      VH = b EH = b\overline{v}v B。设薄片中电子浓度为n，则IS=nedb\overline{v}v ,  \overline{v}v =IS/nedb。VH  = ISB/ned  =KH ISB式中比例系数KH = 1/ned，称为霍尔元件的灵敏度。

答：将VH =KH IS B改写得        B = VH / KH IS如果我们知道了霍尔电流IH，霍尔电压VH的大小和霍尔元件的灵敏度KH，我们就可以算出磁感应强度B。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。根据其产生的原因及特点，测量时可用改变IS和B的方向的方法，抵消某些因素的影响。例如测量时首先任取某一方向的IS和B为正，当改变它们的方向时为负，保持IS、B的数值不变，取（IS+，B+）、（IS-、B+）、（IS+、B-）、（IS-，B-）四种条件进行测量，测量结果分别为：

答：V1= VH+V0+VE+VN+VRL          V2=-VH-V0-VE+VN+VRLV3=-VH+V0-VE-VN-VRL          V4=VH-V0+VE-VN-VRL从上述结果中消去V0，VN和VRL，得到       VH =  \frac{1}{4}41​ （V1-V2-V3+V4）-VE一般地VE比VH小得多，在误差范围内可以忽略不计。

答：实验仪器      TH-S型螺线管磁场测定实验组合仪。

答：【问一问自定义消息】