銻化銦磁阻特性測量實驗報告(帶數(shù)據(jù))

1、精選文檔曲阜師范高校試驗報告試驗日期：2020.5.23 試驗時間：8：30-12：00姓名：方小柒 學(xué)號：*試驗題目：銻化銦磁阻特性測量一、 試驗?zāi)康模?、了解霍爾測試儀、霍爾試驗儀等電磁學(xué)儀器的構(gòu)造，把握它們的原理，正確讀數(shù)和使用方法。2、把握計算出電阻值及電阻變化率的方法3、把握計算磁場較弱時的二次系數(shù)K；和磁場較強(qiáng)時，對應(yīng)的一次系數(shù)a和b二、 試驗儀器：霍爾測試儀、檢流計、電壓源、滑線式電橋、霍爾試驗儀、滑線變阻器、四線電阻箱、單刀開關(guān)三、 試驗內(nèi)容：1.依據(jù)試驗原理，正確進(jìn)行試驗連線；2.線路連接好以后，檢流計調(diào)零；3.調(diào)整銻化銦片的位置，將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場處；4.選擇合

2、適的電阻值并調(diào)整電橋平衡；5.測量銻化銦電阻與磁場強(qiáng)度之間的變化關(guān)系；6.記錄數(shù)據(jù)，并處理試驗結(jié)果。外加磁場較弱時，電阻相對變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方：RR=KB2（5）求出磁場較弱時，對應(yīng)的二次系數(shù)K。 外加磁場較強(qiáng)時，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系：RR=aB+b（6）求出磁場較強(qiáng)時，對應(yīng)的一次系數(shù)a和b。 四、 試驗原理：如圖1所示，當(dāng)導(dǎo)電體處于磁場中時（電流方向與磁場方向垂直），導(dǎo)電體內(nèi)的載流子將在洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場。假如霍爾電場作用和某一速度的載流子受到的洛侖茲力作用剛好抵消，則小于此速度的電子將沿霍爾電場作用的方向偏轉(zhuǎn)，而大于此速度的電子則

3、沿相反方向偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場方向運(yùn)動的載流子數(shù)量將削減，即沿電場方向的電流密度減小，電阻增大，也就是由于磁場的存在，增加了電阻，此現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。假如將圖1中a、b短路，霍爾電場將不存在，全部電子將向b端偏轉(zhuǎn)，使電阻變得更大，因而磁阻效應(yīng)更明顯。因此，霍爾效應(yīng)比較明顯的樣品，磁阻效應(yīng)就小；霍爾效應(yīng)比較小的，磁阻效應(yīng)就大。圖1磁阻效應(yīng)通常以電阻率的相對轉(zhuǎn)變量來表示磁阻的大小，即用/(0)表示。其中(0)為零磁場時的電阻率，(B)為在磁場強(qiáng)度為B時的電阻率，則=(B)-(0)。由于磁阻傳感器電阻的相對變化率R/R(0)正比于/(0)，這里R=R(B)-R(0)，R(0)、R(B)分別為磁場強(qiáng)度

4、為0和B下磁阻傳感器的電阻阻值。因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對轉(zhuǎn)變量R/R(0)來表示磁阻效應(yīng)的大小。很多金屬、合金及金屬化合物材料處于磁場中時，傳導(dǎo)電子受到猛烈磁散射作用，使材料的電阻顯著增大，稱這種現(xiàn)象為磁阻效應(yīng)。通常以電阻率的相對轉(zhuǎn)變量來表示磁阻，即（1）式中，B和o分別為有磁場和無磁場時的電阻率。在實際測量中，常用磁阻器件的磁電阻相對轉(zhuǎn)變量R/R來爭辯磁阻效應(yīng)，由于R/R正比于/，R=R(B)-R(0)，則（2）其中，R(B)是磁場為時的磁電阻，R(0)為零磁場時的磁電阻。觀看圖2，不難發(fā)覺：外加磁場較弱時，電阻相對變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度的二次方（3）外加磁場較強(qiáng)時，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈

5、線性函數(shù)關(guān)系，即：（4）圖2磁阻效應(yīng)曲線五、 試驗步驟：、流程簡述1.依據(jù)試驗原理，正確進(jìn)行試驗連線；2.線路連接好以后，檢流計調(diào)零；3.調(diào)整銻化銦片的位置，將其置于電磁鐵中的最強(qiáng)均勻磁場處；4.選擇合適的電阻值并調(diào)整電橋平衡；5.測量銻化銦電阻與磁場強(qiáng)度之間的變化關(guān)系；6.記錄數(shù)據(jù)，并處理試驗結(jié)果。外加磁場較弱時，電阻相對變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方：（5）求出磁場較弱時，對應(yīng)的二次系數(shù)K。外加磁場較強(qiáng)時，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系：（6）求出磁場較強(qiáng)時，對應(yīng)的一次系數(shù)a和b。、線上操作試驗操作方法:(1)主窗口介紹成功進(jìn)入試驗場景窗體，試驗場景的主窗體如下圖所示：(2)試驗連線當(dāng)鼠標(biāo)

6、移動到試驗儀器接線柱的上方，拖動鼠標(biāo)，便會產(chǎn)生“導(dǎo)線”，當(dāng)鼠標(biāo)移動到另一個接線柱的時候，松開鼠標(biāo)，兩個接線柱之間便產(chǎn)生一條導(dǎo)線，連線成功；假如松開鼠標(biāo)的時候，鼠標(biāo)不是在某個接線柱上，畫出的導(dǎo)線將會被自動銷毀，此次連線失敗。依據(jù)試驗電路圖正確連線，連線操作完成，如下圖所示：(3)試驗儀器初始化1)檢流計調(diào)零線路連接完畢后，斷開電源開關(guān)，打開檢流計調(diào)整界面，按下檢流計的電計按鈕，旋轉(zhuǎn)檢流計的檔位旋鈕至直接當(dāng)（白點(diǎn)所在位置），旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，并觀看檢流計的指針，當(dāng)檢流計的指針指向零點(diǎn)，調(diào)零成功。如下圖所示：2)滑動變阻器雙擊打開滑動變阻器界面，調(diào)整至適當(dāng)位置。如下圖所示：3)滑線式電橋雙擊打開滑線式電

7、橋界面，調(diào)整至適當(dāng)位置。如下圖所示：(4)雙擊打開電阻箱，調(diào)解電阻箱，選取合適的電阻值。如下圖所示：(5)雙擊打開霍爾試驗儀，調(diào)整銻化銦片至均勻磁場處，如下圖所示：(6)調(diào)整勵磁電流大小，電流每轉(zhuǎn)變0.05A，調(diào)整滑線式電橋使電橋平衡，并記錄L1的大小，填入試驗表格。如下圖所示：(7)依據(jù)惠更斯電橋的對應(yīng)比例關(guān)系，計算出銻化銦電阻值及電阻變化率的值，并填入試驗表格。如下圖所示：(8)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，計算磁場較弱時的二次系數(shù)K；和磁場較強(qiáng)時，對應(yīng)的一次系數(shù)a和b。如下圖所示：六、 試驗數(shù)據(jù)：1、從小到大緩慢調(diào)整磁鐵線圈的勵磁電流的大小，電流每轉(zhuǎn)變0.05A，調(diào)整滑線式電橋使電橋平衡，并記錄一次金屬

8、絲長度L1（平衡時，劃線式電橋零刻度到金屬劃片的長度），共記錄16組數(shù)據(jù)。選擇的標(biāo)準(zhǔn)電阻箱阻值（單位）R= 400 電磁鐵的高斯系數(shù)G（Gs/A） 5130 Im/A磁場強(qiáng)度B(T)金屬絲長度L1（cm）銻化銦電阻值（）電阻變化率R/R（0）0.000.0000050.06409.10.0000.050.0256549.45472.00.0300.100.0513045.56480.00.2000.150.0769544.65498.00.2450.200.1026043.84516.00.2900.250.1282542.91534.00.3350.300.1539042.13551.90.

9、3800.350.1795541.46570.00.4250.400.2052040.72587.90.4700.450.2308539.80605.90.5150.500.2565039.31623.90.5600.550.2821538.55641.90.6050.600.3078037.91659.90.6500.650.3334537.31677.90.6950.700.3591036.70696.90.7410.750.3847536.06713.90.7852、已知：在外加磁場較弱時，銻化銦片的電阻相對變化率（R/R(0)）正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次元方程R/R（0）=KB2；隨磁場

10、的加強(qiáng)，電阻相對變化率（R/R(0)）與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系R/R（0）=aB+b；接受最小二乘法線性擬合。1、求出磁場較弱時，對應(yīng)的二次系數(shù)K= 106.42、 求出磁場較強(qiáng)時，對應(yīng)的二次系數(shù)a= 1.75553、 對應(yīng)的一次系數(shù)b= 0.1098七、 思考題：1. 磁阻效應(yīng)是怎樣產(chǎn)生的？磁阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)有何內(nèi)部聯(lián)系？ 答：當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于磁場中時，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛倫茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場，在霍爾電場和外加磁場的共同作用下，沿外加電場方向運(yùn)動的載流子數(shù)量將削減，電阻增大，即產(chǎn)生了磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)和霍爾效應(yīng)都是由于載流子在磁場中受到洛倫茲力產(chǎn)生的，且磁阻效應(yīng)是在霍爾電場和外加磁場的共同作用下而產(chǎn)生的2. 試驗時為何要保持霍爾工作電流和流過磁阻元件的電流不變？ 答：遵循單一變量法則，使其它因素不影響到B與R/R(0)的關(guān)系，得到單一變量的關(guān)系曲線3. 不同的磁場強(qiáng)度時，磁阻傳感器的電阻值與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系有何變化？ 答：當(dāng)外加磁場較弱時，電阻相對變化