螺线管磁场的测定.doc

嘉应学院物理系大学物理 学生实验报告 一、实验目的 1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法； 2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。 3.精确测量通电螺线管磁场分布， 二、实验原理 霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差， 图2 霍耳元件 这种现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。霍耳效应的数学表达式为： (1) 其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应强度，I为流过霍耳元件的电流强度，KH称为霍耳元件灵敏度。 虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，UH=0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U0称为剩余电压。 图3 95A型集成霍耳元件内部结构图 当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得： 式中U为集成霍耳传感器的输出电压，K为该传感器的灵敏度，经用2.500V外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV档读数)。 三、实验仪器 FD-ICH-II新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源0—0.5A；直流稳压电源输出二档(2.4V—2.6V和4.8V—5.2V)；数字电压表(19.999V和1999.9mV二档)；双刀换向开关和单刀换向开关各一个，导线若干组成。其仪器组成外型如图1所示。 四、 实验内容 1、实验装置按接线图1所示。螺线管通过双刀换向开关K2与直流恒流电源输出端相接。集成霍耳传感器的“V+”和“V-”分别与4.8V—5.2V可调直流电源输出端的正负相接(正负极请勿接错)。“Vout”和“V-”与数字电压表正负相接。 2、断开开关K2(当K2处于中间位置时断开)，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下，把开关K1指向1，调节4.8V—5.2V电源输出电压，数字电压表显示的“Vout” 和“V-”的电压指示值为2.500V，这时集成霍耳元件便达到了标准化工作状态，即集成霍耳传感器通过电流达到规定的数值，且剩余电压恰好达到补偿，U0=0V。 3、仍断开开关K2，在保持“V+”和“V-”电压不变的情况下，把开关K1指向2，调节2.4V—2.6V电源输出电压，使数字电压表指示值为0(这时应将数字电压表量程拨动开关指向mV档)，也就是用一外接2.500V的电位差与传感器输出2.500V电位差进行补偿，这样就可直接用数字电压表读出集成霍耳传感器电势差的值。 4、测定霍耳传感器的灵敏度K (1)改变输入螺线管的直流电流Im，将传感器处于螺线管的中央位置(即X=17.0cm)，测量—Im关系，记录10组数据，Im范围在0—500mA，可每隔50mA测一次。 (2)用最小二乘法求出—Im，直线的斜率 和相关系数r。 (3)对于无限长直螺线管磁场可利用公式：B=(真空磁导率，n为螺线管单位长度的匝数)，求出集成霍耳传感器的灵敏度 实验数据记录 实验数据处理 实验结论与分析及思考题解答 对实验进行总结，写出结论 2、思考题解答 成 绩 评 定 教 师 签 名 实验项目： 实验地点： 班 级： 姓 名： 座 号： 实验时间： 年 月 日 物理系编制 实验预习部分 实验数据记录与处理 实验数据记录与处理 实验数据记录与处理