霍尔效应仿真实验

李增　韩玉龙　孙金芳

摘 要：霍尔效应是电磁效应的一种，本文以科大奥锐仿真软件为平台，测量霍尔元件的不等位电势、霍尔电压等，计算霍尔元件的系数、载流子浓度、电导率和载流子迁移率等，为学生深刻理解实验提供帮助。

关键词：霍尔效应实验;霍尔系数;科大奥锐

霍尔效应是电磁效应的一种，[1]这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断。

本文以科大奥锐仿真软件为平台，测量了零外场条件下霍尔元件的不等位电势，保持励磁电流的值不变，改变工作电流的值，测量霍尔电压值以及保持励磁电流的值不变，改变工作电流的值，测量霍尔电压值。

数据记录：

（1）电磁铁规格（5160GS/A）;

（2）霍尔元件规格：L：3.126mm b：4.168mm d：0.5021mm;

（3）零磁场下，调节Is=01mA时产生的不等位电势Vσ，Is开关扳到上方（上方记正，下方记负），V（+Is）=+1560 mV，Is开关扳到下方，V（-Is）=-15.60 mV，获得不等位电势Vσ=+15.60 mV。

（4）表1和表2为记录的霍尔电压VH。

结果分析，[2]根据表1数据结果可判断霍尔元件类型为P型，材料电导率σ=Is·LV′·b·d，不等位电势为15.60mV，工作电流Is = 0.10mA，霍尔元件规格L：3.126mm b：4.168mm d：05021mm，即可計算出材料电导率9.575C·m-3·T-1。表1拟合出的解析表达式为VH=2.6272IS-0.0004，霍尔系数RH=VH·dIs·B，其中VHIs即为上述拟合曲线的斜率2.6272，其中磁感应强度等于电磁铁规格乘以励磁电流即B = 0.45A*5160Gs/A = 0.2322T，带入数据可得霍尔系数RH = 5.6810 m3·C-1，进一步可计算载流体浓度n=1RH·e =1.0988×1018m-3以及载流子的迁移率μ=σ·RH=5.4395×10-2T-1。

参考文献：

[1]刘战存，郑余梅.霍尔效应的发现[J].大学物理，2007，26（11）：51-55.

[2]江铭波，阎旭东，徐国旺.霍尔效应及霍尔元件在物理量测量中的应用[J].湖北工业大学学报，2011，26（2）：142-144.