大學(xué)物理8-5帶電粒子在電場和磁場中的運動

1、上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 sinqvBF BvqF 大小：大?。?方向：方向： 的方向的方向 Bv 一般情況下，如果帶電粒子在磁場中運動時，磁一般情況下，如果帶電粒子在磁場中運動時，磁 場對運動電荷產(chǎn)生力的作用，此一磁場力叫場對運動電荷產(chǎn)生力的作用，此一磁場力叫洛倫茲洛倫茲 力。力。 方向與磁場方向與磁場 方向成夾角方向成夾角 時，洛倫茲力為時，洛倫茲力為v B v F （右手螺旋定則）（右手螺旋定則） 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 （1 1）當(dāng)帶電粒子沿磁場方向）當(dāng)帶電粒子沿磁場方向 運動時運

2、動時: : BqvF 0 0F （2 2）當(dāng)帶電粒子的運動方向與）當(dāng)帶電粒子的運動方向與 磁場方向垂直時磁場方向垂直時: : 0 v 0 v F 帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶 電粒子運動方向垂直，故它只能電粒子運動方向垂直，故它只能 改變帶電粒子運動方向，不改變改變帶電粒子運動方向，不改變 速度大小，即洛倫茲力不作功。速度大小，即洛倫茲力不作功。 1.1.帶電粒子在均勻磁場中的運動帶電粒子在均勻磁場中的運動 粒子作勻速直線運動。粒子作勻速直線運動。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 R v mBqv 2 0 0 qB mv

3、 R 0 周期周期 qB m v R T2 2 0 軌道軌道 半徑半徑 由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場中做勻速由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場中做勻速 圓周運動。圓周運動。洛倫茲力為向心力洛倫茲力為向心力 R m qB T 2 角頻率角頻率 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 （3 3）如果如果 與與 斜交成斜交成 角角 B 0 v qB m T 2 粒子作螺旋運動，粒子作螺旋運動，半徑半徑 h R B qB mv qB mv R sin 0 螺距螺距 周期周期 qB mv v R vTvh cos22 0 / 注意注意: :螺距僅與平行

4、于磁場方向的初速度有關(guān)。螺距僅與平行于磁場方向的初速度有關(guān)。 / v v0 v 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 2.2.帶電粒子在非均勻磁場中運動帶電粒子在非均勻磁場中運動 帶電粒子在非均勻磁場中運動時帶電粒子在非均勻磁場中運動時, , 半徑和螺距都半徑和螺距都 將隨磁場增大而減小，將作變半徑的螺旋線運動；特將隨磁場增大而減小，將作變半徑的螺旋線運動；特 別是當(dāng)粒子向磁場增強(qiáng)的方向運動時，粒子所受的磁別是當(dāng)粒子向磁場增強(qiáng)的方向運動時，粒子所受的磁 場力場力, ,恒有一指向磁場較弱方向的分力恒有一指向磁場較弱方向的分力, ,這個分力阻止這個分力阻止

5、帶電粒子向磁場較強(qiáng)的方向運動。這樣有可能使粒子帶電粒子向磁場較強(qiáng)的方向運動。這樣有可能使粒子 沿磁場增強(qiáng)方向的速度逐漸減小到零沿磁場增強(qiáng)方向的速度逐漸減小到零, ,從而迫使粒子從而迫使粒子 掉向反轉(zhuǎn)運動。粒子的這種反轉(zhuǎn)運動就好象光線遇到掉向反轉(zhuǎn)運動。粒子的這種反轉(zhuǎn)運動就好象光線遇到 鏡面的反射一樣，所以這種裝置稱為鏡面的反射一樣，所以這種裝置稱為磁鏡磁鏡。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 F2 F1 B v F B v 線圈線圈(磁鏡磁鏡) 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 （磁鏡）（磁鏡）（磁鏡）（磁鏡

6、） 磁約束裝置（磁瓶）磁約束裝置（磁瓶） 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 當(dāng)來自外層空間的大量粒子當(dāng)來自外層空間的大量粒子( (宇宙射線宇宙射線) )進(jìn)入地進(jìn)入地 球磁場范圍球磁場范圍, ,粒子將繞地磁感應(yīng)線作螺旋運動粒子將繞地磁感應(yīng)線作螺旋運動, ,因為因為 在近兩極處地磁場增強(qiáng)在近兩極處地磁場增強(qiáng), ,作螺旋運動的粒子將被折作螺旋運動的粒子將被折 回回, ,結(jié)果結(jié)果粒子在沿磁感應(yīng)線的區(qū)域內(nèi)來回振蕩粒子在沿磁感應(yīng)線的區(qū)域內(nèi)來回振蕩, ,形成形成 一個帶電粒子區(qū)域一個帶電粒子區(qū)域, ,稱稱范艾侖輻射帶范艾侖輻射帶, ,此帶相對地球此帶相對地球 作對

7、稱分布。作對稱分布。 范艾侖輻射帶范艾侖輻射帶：宇宙中的磁約束現(xiàn)象：宇宙中的磁約束現(xiàn)象 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 范艾侖輻射帶的形成示意圖范艾侖輻射帶的形成示意圖 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 包圍地包圍地 球外圍球外圍 的范艾的范艾 侖輻射侖輻射 帶帶 19581958年人造衛(wèi)星的探測發(fā)現(xiàn)，年人造衛(wèi)星的探測發(fā)現(xiàn)， 范艾侖輻射帶有兩層，范艾侖輻射帶有兩層， 內(nèi)層在距地面內(nèi)層在距地面800km800km4000km4000km處，外層在處，外層在60000km60000km處。處。 上頁上頁 下頁

8、下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 北極光的產(chǎn)生是由于有時太陽黑子活動，北極光的產(chǎn)生是由于有時太陽黑子活動， 太陽噴射的高能帶電粒子流形成的太陽風(fēng)，在太陽噴射的高能帶電粒子流形成的太陽風(fēng)，在 地磁感應(yīng)線的引導(dǎo)下在地球北極附近進(jìn)入大氣地磁感應(yīng)線的引導(dǎo)下在地球北極附近進(jìn)入大氣 層時將使大氣激發(fā)，然后輻射發(fā)光，從而出現(xiàn)層時將使大氣激發(fā)，然后輻射發(fā)光，從而出現(xiàn) 美麗的北極光。美麗的北極光。 在靠近兩極的一些國家和地區(qū)，如美國的在靠近兩極的一些國家和地區(qū)，如美國的 阿拉斯加，亞洲的西伯利亞，歐洲的挪威、瑞阿拉斯加，亞洲的西伯利亞，歐洲的挪威、瑞 典和芬蘭等國家，夜晚的天空會出

9、現(xiàn)五顏六色典和芬蘭等國家，夜晚的天空會出現(xiàn)五顏六色 絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，有的呈弧形，有的呈彌絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，有的呈弧形，有的呈彌 漫狀的斑塊，有的呈大而均勻的發(fā)光面等，它漫狀的斑塊，有的呈大而均勻的發(fā)光面等，它 們被統(tǒng)稱做極光，發(fā)生在北極的稱北極光，發(fā)們被統(tǒng)稱做極光，發(fā)生在北極的稱北極光，發(fā) 生在南極的稱南極光。生在南極的稱南極光。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 美麗的美麗的 極光極光 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 在研究受控?zé)岷朔磻?yīng)實驗中，常常需要把等離子體約在研究受控?zé)岷朔磻?yīng)實驗中，常常需要

10、把等離子體約 束在一定空間區(qū)域，等離子體溫度高達(dá)幾千萬甚至幾億束在一定空間區(qū)域，等離子體溫度高達(dá)幾千萬甚至幾億 攝氏度，固體材料在這樣的高溫下都將被汽化，因此，攝氏度，固體材料在這樣的高溫下都將被汽化，因此， 可以利用上述帶電粒子在非均勻磁場運動的特點，將等可以利用上述帶電粒子在非均勻磁場運動的特點，將等 離子體約束在一定的空間。下面我們將介紹一種等離體離子體約束在一定的空間。下面我們將介紹一種等離體 磁約束裝置磁約束裝置托卡馬克。托卡馬克。 等離子體等離子體物質(zhì)的第四態(tài)物質(zhì)的第四態(tài) 等離子是由大量的自由帶電粒子以及部分中性粒子等離子是由大量的自由帶電粒子以及部分中性粒子 所組成的體系。宏觀上

11、一般呈電中性，導(dǎo)電率較高，其所組成的體系。宏觀上一般呈電中性，導(dǎo)電率較高，其 運動形式主要受電磁力支配。例如，在地球以外，圍繞運動形式主要受電磁力支配。例如，在地球以外，圍繞 地球的電離層、太陽及其他恒星等是天然的等離子體，地球的電離層、太陽及其他恒星等是天然的等離子體， 而日光燈管中發(fā)光的電離氣體和實驗室中高溫電離氣體而日光燈管中發(fā)光的電離氣體和實驗室中高溫電離氣體 都是人造等離子體。都是人造等離子體。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 托卡馬克裝置原理示意圖托卡馬克裝置原理示意圖 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回

12、 退出退出 托卡馬克裝置托卡馬克裝置 剖面結(jié)構(gòu)和工剖面結(jié)構(gòu)和工 作時內(nèi)部狀態(tài)作時內(nèi)部狀態(tài) （上）示意圖（上）示意圖 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 托卡馬克裝置環(huán)形容器內(nèi)部實景托卡馬克裝置環(huán)形容器內(nèi)部實景 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 帶有電荷量帶有電荷量 的粒子在靜電場的粒子在靜電場 和磁場和磁場 中中 以速度以速度 運動時受到的作用力為運動時受到的作用力為 E qB v BvqEqF 1. 1. 磁聚焦磁聚焦 一束速度大小相近，方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度夾角很小的帶一束速度大小相近，方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度夾角很小

13、的帶 電粒子流從同一點出發(fā)，由于平行磁場速度分量基本電粒子流從同一點出發(fā)，由于平行磁場速度分量基本 相等，因而螺距基本相等。這樣，各帶電粒子繞行一相等，因而螺距基本相等。這樣，各帶電粒子繞行一 周后將匯聚于一點，類似于光學(xué)透鏡的光聚焦現(xiàn)象，周后將匯聚于一點，類似于光學(xué)透鏡的光聚焦現(xiàn)象， 稱稱磁聚焦。磁聚焦。廣泛應(yīng)用于電真空器件中對電子的聚焦。廣泛應(yīng)用于電真空器件中對電子的聚焦。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 B 顯像管中電子束的磁聚焦裝置示意圖顯像管中電子束的磁聚焦裝置示意圖 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退

14、出退出 回旋加速器是核物理、高能物理實驗中用來獲回旋加速器是核物理、高能物理實驗中用來獲 得高能帶電粒子的設(shè)備，下圖為其結(jié)構(gòu)示意圖。得高能帶電粒子的設(shè)備，下圖為其結(jié)構(gòu)示意圖。 2. 2. 回旋加速器回旋加速器 D形盒形盒 電磁鐵電磁鐵 電磁鐵電磁鐵 離 子 源 B 2 D 1 D 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 1 D 2 D 真空室 接高頻電源 離子源 D形盒 引出離 子束 (1)(1)裝置裝置 電磁鐵電磁鐵 產(chǎn)生強(qiáng)大磁場產(chǎn)生強(qiáng)大磁場 D D形真空盒形真空盒 放在真空室內(nèi)，接高頻放在真空室內(nèi)，接高頻 交變電壓，使粒子旋轉(zhuǎn)加速交變電壓，使粒子旋轉(zhuǎn)加

15、速, , (2)(2)原理原理 離子源產(chǎn)生的帶電離子源產(chǎn)生的帶電 粒子經(jīng)電場加速進(jìn)入粒子經(jīng)電場加速進(jìn)入D1 1 磁場使粒子在盒內(nèi)做圓磁場使粒子在盒內(nèi)做圓 運動。運動。 帶電粒子源帶電粒子源 產(chǎn)生帶電粒子產(chǎn)生帶電粒子 B 2 D 1 D 1 D 2 D 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 高頻交變電源使高頻交變電源使D形盒間縫隙處產(chǎn)生高頻交變電場形盒間縫隙處產(chǎn)生高頻交變電場 使帶電粒子每經(jīng)過縫隙處就被加速一次。帶電粒子在使帶電粒子每經(jīng)過縫隙處就被加速一次。帶電粒子在 盒內(nèi)運動時只受磁場作用速率不變。在一半盒內(nèi)運動盒內(nèi)運動時只受磁場作用速率不變。在一半盒內(nèi)

16、運動 時間為時間為 qB m t 該時間與運動半徑無關(guān)，只要高頻電源頻率和帶該時間與運動半徑無關(guān)，只要高頻電源頻率和帶 電粒子在盒內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率一樣，就可保證其每次經(jīng)過縫電粒子在盒內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率一樣，就可保證其每次經(jīng)過縫 隙處被加速。隙處被加速。 在粒子被加速到近光速時，考慮相對論效應(yīng)，粒子在粒子被加速到近光速時，考慮相對論效應(yīng)，粒子 在盒內(nèi)運動時間變長，旋轉(zhuǎn)頻率下降，此時使高頻電場在盒內(nèi)運動時間變長，旋轉(zhuǎn)頻率下降，此時使高頻電場 頻率與帶電粒子在盒內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率同步變化，就仍可保證頻率與帶電粒子在盒內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率同步變化，就仍可保證 粒子被加速，這種回旋加速器叫同步回旋加速器。粒子被加速，這種回旋加速器叫同

17、步回旋加速器。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 回旋加速器一般用來加速質(zhì)量較大的帶電粒子?；匦铀倨饕话阌脕砑铀儋|(zhì)量較大的帶電粒子。 下圖為世界最大的回旋加速器內(nèi)部情況。下圖為世界最大的回旋加速器內(nèi)部情況。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 倍恩勃立奇質(zhì)譜儀倍恩勃立奇質(zhì)譜儀 速度選擇器速度選擇器 離子源離子源 加速電場加速電場 均勻磁場均勻磁場 3. 3. 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 0 S A A 1 S 1 S 2 P 1 P E B B B 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下

18、頁下頁 返回返回 退出退出 利用電場和磁場的各種組合達(dá)到把電荷量利用電場和磁場的各種組合達(dá)到把電荷量 相同而質(zhì)量不同的帶電粒子分開的目的，是分析同相同而質(zhì)量不同的帶電粒子分開的目的，是分析同 位素的重要儀器，也是測定離子比荷的重要儀器。位素的重要儀器，也是測定離子比荷的重要儀器。 從離子源所產(chǎn)生的離子經(jīng)過狹縫從離子源所產(chǎn)生的離子經(jīng)過狹縫S1與與S2 2之間的之間的 加速電場后加速電場后, ,進(jìn)入進(jìn)入P1 1與與P2 2兩板之間的狹縫兩板之間的狹縫, ,在在P1 1和和P2 2 兩板之間有一均勻電場兩板之間有一均勻電場E, ,同時還有垂直向外的均同時還有垂直向外的均 勻磁場勻磁場 。帶電粒子同時

19、受到方向相反的電場力和。帶電粒子同時受到方向相反的電場力和 磁場力的作用，顯然，只有所受的這兩種力大小相磁場力的作用，顯然，只有所受的這兩種力大小相 等的粒子才能通過兩板間狹縫，否則，就落在兩板等的粒子才能通過兩板間狹縫，否則，就落在兩板 上而不能通過。這一裝置叫速度選擇器。上而不能通過。這一裝置叫速度選擇器。 B 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 0 S A A 1 S 1 S 2 P 1 P E B B B 電場力電場力 磁場力磁場力 當(dāng)離子進(jìn)入兩板之間當(dāng)離子進(jìn)入兩板之間, ,它它 們將受到電場力和磁場力的們將受到電場力和磁場力的 作用作用, ,

20、兩力的方向相反兩力的方向相反, ,只有只有 速率等于速率等于 的離子的離子, ,才能無才能無 偏轉(zhuǎn)地通過兩板間的狹縫沿偏轉(zhuǎn)地通過兩板間的狹縫沿 直線運動。直線運動。 首先用互相垂直的均勻電場和均勻首先用互相垂直的均勻電場和均勻 磁場對帶電粒子聯(lián)合作用磁場對帶電粒子聯(lián)合作用, ,選擇速度適選擇速度適 宜的帶電粒子。宜的帶電粒子。 速度選擇器原理速度選擇器原理 EqF e m BvqF /; me BEvqvBqEFF BE 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 上式中，除質(zhì)量上式中，除質(zhì)量m外外 ，其，其 余均為定值，半徑余均為定值，半徑R 與質(zhì)量與質(zhì)量

21、m 成正比，即同位素離子在成正比，即同位素離子在 磁場中作半徑不同的圓周運磁場中作半徑不同的圓周運 動動, ,這些離子將按照質(zhì)量的這些離子將按照質(zhì)量的 不同而分別射到照相底片不同而分別射到照相底片 AA上的不同位置上的不同位置, ,形成若形成若 干線譜狀的細(xì)條，每一細(xì)線干線譜狀的細(xì)條，每一細(xì)線 條代表不同的質(zhì)量。條代表不同的質(zhì)量。 從從S0 0射出的離子進(jìn)入磁射出的離子進(jìn)入磁 感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場后的磁場后, ,受受 磁場力的作用將作圓周運磁場力的作用將作圓周運 動，半徑為動，半徑為 0 S A A 1 S 1 S 2 P 1 P E B B B BBQ mE R 上頁上頁 下頁下頁

22、返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 依據(jù)離子在照相底片上的位置可算出這些離依據(jù)離子在照相底片上的位置可算出這些離 子的相應(yīng)質(zhì)量，所以這種儀器叫質(zhì)譜儀。可精確子的相應(yīng)質(zhì)量，所以這種儀器叫質(zhì)譜儀?？删_ 測同位素相對原子量。測同位素相對原子量。 帶電粒子電荷量與質(zhì)量之比稱作帶電粒子的帶電粒子電荷量與質(zhì)量之比稱作帶電粒子的 比荷，是反映基本粒子特征的重要物理量。質(zhì)譜比荷，是反映基本粒子特征的重要物理量。質(zhì)譜 儀可測定不同速度下的比荷：儀可測定不同速度下的比荷： BBR E m q 實驗發(fā)現(xiàn)，高速情況下同一粒子比荷有所變實驗發(fā)現(xiàn)，高速情況下同一粒子比荷有所變 化，這是由于帶電粒子

23、質(zhì)量按相對論關(guān)系變化引化，這是由于帶電粒子質(zhì)量按相對論關(guān)系變化引 起的，與電荷無關(guān)。這就驗證了帶電粒子的運動起的，與電荷無關(guān)。這就驗證了帶電粒子的運動 不改變其電荷量。不改變其電荷量。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 4. 4. 霍耳（霍耳（E.C.Hall)E.C.Hall)效應(yīng)效應(yīng) 在一個通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加在一個通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加 一磁場，則平行磁場的兩面出現(xiàn)一個電勢差，這一一磁場，則平行磁場的兩面出現(xiàn)一個電勢差，這一 現(xiàn)象是現(xiàn)象是18791879年美國物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳年美國物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍

24、耳 效應(yīng)。該電勢差稱為效應(yīng)。該電勢差稱為霍耳電勢差霍耳電勢差 。 U d b 1 V 2 V m F v e F H E B I 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 U d b 1 V 2 V m F v e F H E B I 金屬金屬 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 實驗指出，在磁場不太強(qiáng)時，霍耳實驗指出，在磁場不太強(qiáng)時，霍耳電勢差電勢差 U與電與電 流強(qiáng)度流強(qiáng)度I I和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的寬成正比，與板的寬d成反比。成反比。 RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。 d BI RVVU H21 原理原理 霍耳效應(yīng)是由于導(dǎo)體中的

25、載流子在磁場中受到洛倫霍耳效應(yīng)是由于導(dǎo)體中的載流子在磁場中受到洛倫 茲力的作用發(fā)生橫向漂移的結(jié)果。下面以金屬導(dǎo)體茲力的作用發(fā)生橫向漂移的結(jié)果。下面以金屬導(dǎo)體 為例，來說明其原理。為例，來說明其原理。 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 H U I 1 1 2 2 d b B 其中載流子是電子，運動方向與電流流向相反，如其中載流子是電子，運動方向與電流流向相反，如 果在垂直于電流方向加一均勻磁場，這些自由電子果在垂直于電流方向加一均勻磁場，這些自由電子 受洛倫茲力的作用，大小為受洛倫茲力的作用，大小為 BveF m EH v e F m F 上頁上頁 下

26、頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 洛倫茲力向上，使電子向上漂移，使得金屬薄片上側(cè)洛倫茲力向上，使電子向上漂移，使得金屬薄片上側(cè) 有多余負(fù)電荷積累，下側(cè)缺少負(fù)電荷，有多余正電荷有多余負(fù)電荷積累，下側(cè)缺少負(fù)電荷，有多余正電荷 積累，結(jié)果在導(dǎo)體內(nèi)形成附加電場，稱霍耳電場。此積累，結(jié)果在導(dǎo)體內(nèi)形成附加電場，稱霍耳電場。此 電場給電子電場力與洛侖茲力反向，大小為電場給電子電場力與洛侖茲力反向，大小為 He eEF 當(dāng)當(dāng)F Fe e= =F FH H 時不再有漂移，載流子正常移動。 時不再有漂移，載流子正常移動。 H U I 1 1 2 2 d b B EH v e F m

27、 F 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 BveeE H BvE H 此時霍爾電場為此時霍爾電場為 霍爾電勢差為霍爾電勢差為 BbvbEVV H21 當(dāng)當(dāng)Fe= =FH 時時 導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的帶電粒子數(shù)為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的帶電粒子數(shù)為n，則通過導(dǎo)體電流，則通過導(dǎo)體電流 vnqbId 代入上式得代入上式得 ned IB VVU 21 ne R 1 H 霍耳系數(shù)為霍耳系數(shù)為 若載流子為帶正電的若載流子為帶正電的q nq R 1 H 則霍耳系數(shù)為則霍耳系數(shù)為 上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出上頁上頁 下頁下頁 返回返回 退出退出 霍耳效應(yīng)的應(yīng)用霍耳效應(yīng)的應(yīng)用 d IB nq U 1 H 2.根據(jù)霍耳系數(shù)的大小的測定，可以確定載流子的根據(jù)霍耳系數(shù)的大小的測定，可以確定載流子的 濃度濃度 n型半導(dǎo)體載流子為型半導(dǎo)體載流子為電子電子 p型半導(dǎo)體載流子為型半導(dǎo)體載流子為帶正電的空穴帶正電的空穴 1.確定半導(dǎo)體的類型確定半導(dǎo)體的類型 霍耳效應(yīng)已在測量技術(shù)、電子技術(shù)、計算技術(shù)