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实验20.2 用霍尔元件测量磁场
[目的]
1． 了解霍尔效应.
2． 学习用霍尔元件测量磁场的基本方法.
3． 学习使用直流电位差计和数字电压表测量霍尔电压. [原理] 如图20.2－1所示，在一块长为l、宽为b、厚度为d的N型半导体薄片的左右端面上，分别焊接上金属平面电极M、N，在上、下端面上对称地引出两个点电极P和S.如果在M、N两端面加上稳定电压，就有恒定的电流Iy通过薄片.M、N间的等势面是平行于xoz的平面，P和S处于同一等势面上.电流Iy可以表示成
Iy n eb d （20.2－1）
式中e为电子的电量(是负值)；（也 为沿y轴反方向作漂移运动的自由电子的平均速度是负值）；n为薄片内自由电子的浓度.
如果沿x轴方向上加恒定的匀强磁场Bx，以平均速度 运动的电子就受到洛伦兹力
fB的作用
fB e Bx （20.2－2）
fB的方向与z轴相反.在fB的作用下，薄片内部自由电子的定向运动方向发生偏转，
使下端平面上有多余电子聚积，上端平面上会聚积多余的正电荷.这样形成一个上正下负的电场EH，使上下两个端面间具有电势差VH.这个现象是霍尔（E.C.Hall）在1879年发现的，故称为霍尔效应. VH称为霍尔电动势或霍尔电压.这种能产生霍尔效应的薄片被称为霍尔元件.
EH形成后，自由电子在受到洛伦兹力的同时还受到静电场力fE eEH eVH/b的
13
作用，fE的方向与fB的方向相反.达到动态平衡时（这个过程在10
10 15s
的时间
182
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