霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机

霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机

一、霍尔元件

1．霍尔效应。金属导体板放在垂直于它的匀强磁场中，当导体板中通过电流时，在平行于磁场且平行于电流的两个侧面间会产生电势差，这种现象叫霍尔效应。 2．霍尔效应的解释。如图，截面为矩形的金属导体，在x方向通以电流I，在z方向加磁场B，导体中自由电子逆着电流方向运动。由左手定则可以判断，运动的电子在洛仑兹力作用下向下表面聚集，在导体的上表面A就会出现多余的正电荷，形成上表面电势高，下表面电势低的电势差，导体内部出现电场，电场方向由A指向A’，以后运动的电子将同时受洛仑兹力F洛和电场力F洛作用，随着表面电荷聚集，电场强度增加，F洛也增加，最终会使运动的电子达到受力平衡

（F洛 F电）而匀速运动，此时导体上下两表面间就出现稳定的电势差。 3．霍尔效应中的结论。

设导体板厚度为h(y轴方向)、宽度为d、通入的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，导体中单位体积内自由电子数为n，电子的电量为e，定向移动速度大小为v，上下表面间的电势差为U；

Uq

U Bh ① h

IB

（2）U、I、B的关系还可表达为U k 其中k为霍尔系数 ②

d

（1）由Bq

s 电流的微观表达式有： I ne

k

联立①②③式可得

ne h d ③

1

ne。

由此可通过霍尔系数的测定来确定导体内部单位体积内自由电子数。

（3）考察两表面间的电势差U Bh ，相当于长度为h的直导体垂直匀强磁场B以

速度v切割磁感线所产生的感应电动势E感 Bh 例1、霍尔元件能转换哪两个量（ ） A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 C．把力转换为电压这个电学量

D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 答案B

例2、霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序．如图是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d（M、N间距离），厚为h（图中上下面距离），当通以图示方向电流时，MN两端将出现电压UMN，则（ ） A．MN两端电压UMN仅与磁感应强度B有关 B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN两端电压UMN＜0

C．若增大霍尔元件宽度d，则MN两端电压UMN一定增大

D．通过控制磁感应强度B可以改变MN两端电压UMN 答案D 练习

1. 磁强计是一种测量磁感应强度的仪器，其原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a，高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、电流强度为I的电流．已知导体中单位体积的自由电子数为n，电子电量为e．测出导体前后两个侧面的电势差为U．

（1）导体前后两个侧面哪个面电势较高？ （2）磁感应强度B的大小为多大？

2. 磁强计是测量磁感应强度的仪器，磁强计中有一块导体，如图所示．导体中通有沿x轴正方向的电流I，且单位体积内的自由电子数位n，电子的电荷量为e，被测匀强磁场沿z轴正方向，稳定时，测得PQ两面电势差为U，则（ ）

A．导体侧面Q的电势高于导体侧面P的电势 B．导体侧面P的电势高于导体侧面Q的电势 C．磁感应强度B

Unbe

IUnbe

I

D．磁感应强度B

3. 目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．两电极M、N均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U．则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为（ ） A．B

nebU

，M正、N负 I

nebU

，M正、N负 I

nebU

，M负、N正

I

B．B

C．B

D．B

nebU

，M负、N正 I

4. 如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压IH满足：

UH

kIHB

，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离．电阻R远大于RL，d

霍尔元件的电阻可以忽略，则（ ） A．霍尔元件前表面的电势低于后表面 B．若电源的正负极对调，电压表将反偏 C．IH与I成正比

D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

5. 利用霍尔效应测量磁感应强度的原理如图所示，元件中通以正x方向的电流I，置于沿z轴方向的磁场中，其前、后表明垂直于z轴，在元件上、下表面之间产生电势差U．若磁感应强度B=B0+kz（B0、k均为常数），由于沿z轴方向位置不同，电势差U也不同，则（ ） A．若该元件的载流子是电子，则下表面电势高 B．电势差U越大，该处磁感应强度B越大 C．在某一位置处，电流I越大，电势差U越大

D．k越大，在z轴上两不同位置上测得的电势差U的差值越大

6. （2010年北京卷） …… 此处隐藏：4642字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……