310霍爾法測量圓線圈和亥姆霍茲線圈的磁場-資料下載頁

2026-06-13 16:23本頁面

　　

【正文】使霍爾傳感器位于需要測量的位置，測出霍爾電壓，即可求得磁感應強度B。【實驗注意事項】儀器使用前應預熱10~15分鐘，并避免周圍有強磁場源或磁性物質。　儀器使用時要正確接線，注意不要扯拉霍爾傳感器的引出線！以防損壞。儀器采用三維移動設計，可移動的部件很多，一定要細心合理使用，不可用力過大，以防影響使用壽命；銅管的機械強度有限！切不可受外力沖擊，以防變形，影響使用。霍爾電勢VH測量的條件是霍爾元件平面與磁感應強度B垂直，此時VH＝ISBcos=IS即VH取得最大值，儀器在組裝時已調整好角度。為防止搬運，使用中發生的位移，實驗前應檢查霍爾元件傳感器是否與圓線圈（1）垂直，如果不垂直，則應適當調整。本實驗應將亥姆霍茲線圈的距離設為R，即100mm處，銅管位置至R處；否則會造成錯誤的實驗數據。注意：距離軸線較遠及亥姆霍茲線圈外側位置，由于霍爾元件與B并不完全垂直，存在角度偏差，所以會引入測量誤差。［實驗系統誤差及其消除］測量霍爾電勢VH時，不可避免的會產生一些副效應，由此而產生的附加電勢疊加在霍爾電勢上，形成測量系統誤差，這些副效應有：（1）不等位電勢V0由于制作時，兩個霍爾電勢既不可能絕對對稱的焊在霍爾片兩側（圖664a）、霍爾片電阻率不均勻、控制電流極的端面接觸不良（圖664b）都可能造成A、B兩極不處在同一等位面上，此時雖未加磁場，但A、B間存在電勢差V0，此稱不等位電勢，V0＝IsV，V是兩等位面間的電阻，由此可見，在V確定的情況下，V0與Is的大小成正比，且其正負隨Is的方向而改變。圖664(a) 圖664(b)（2）愛廷豪森效應當元件X方向通以工作電流Is，Z方向加磁場B時，由于霍爾片內的載流子速度服從統計分布，有快有慢。在到達動態平衡時，在磁場的作用下慢速快速的載流子將在洛侖茲力和霍耳電場的共同作用下，沿y軸分別向相反的兩側偏轉，這些載流子的動能將轉化為熱能，使兩側的溫升不同，因而造成y方向上的兩側的溫差（TA－TB）。因為霍爾電極和元件兩者材料不同，電極和元件之間形成溫差電偶，這一溫差在A、B間產生溫差電動勢VE，VE∝IB。這一效應稱愛廷豪森效應，VE的大小與正負符號與I、B的大小和方向有關，跟VH與I、B的關系相同，所以不能在測量中消除。（3）倫斯脫效應圖665 正電子運動平均速度（圖中V’ V”）由于控制電流的兩個電極與霍爾元件的接觸電阻不同，控制電流在兩電極處將產生不同的焦耳熱，引起兩電極間的溫差電動勢，此電動勢又產生溫差電流（稱為熱電流）Q，熱電流在磁場作用下將發生偏轉，結果在y方向上產生附加的電勢差VH，且VH∝QB這一效應稱為倫斯脫效應，由上式可知VH的符號只與B的方向有關。（4）里紀－杜勒克效應如前節（3）所述霍爾元件在x方向有溫度梯度的dT/dX，引起載流子沿梯度方向擴散而有熱電流Q通過元件，在此過程中載流子受Z方向的磁場B作用下，在y方向引起類似愛廷豪森效應的溫差TA－TB，由此產生的電勢差VH∝QB，其符號與B的方向有關，與Is的方向無關。為了減少和消除以上效應的附加電勢差，利用這些附加電勢差與霍爾元件工作電流Is，磁場B（即相應的勵磁電流IM）的關系，采用對稱（交換）測量法進行測量。當＋IS，＋IM時 VAB1 ＝＋VH＋V0＋VE＋VN＋VR當＋IS，－IM時 V AB2 ＝－VH＋V0－VE＋VN＋VR當－IS，－IM時 V AB3 ＝＋VH－V0＋VE－VN－VR當－IS，＋IM時 V AB4 ＝－VH－V0－VE－VN－VR對以上四式作如下運算則得：（VAB1－VAB2+V AB3－V AB4）＝VH＋VE可見，除愛廷豪森效應以外的其他副效應產生的電勢差會全部消除，因愛廷豪森效應所產生的電勢差VE的符號和霍爾電勢VH的符號，與IS及B的方向關系相同，故無法消除，但在非大電流、非強磁場下，VHVE，因而VE可以忽略不計，由此可得：VH≈VH＋VE＝

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