经典 Hall 效应

B fL VH v q b d 经典Hall效应 Hall效应——将置于磁场 B中导体（半导体）沿纵向通以电流，在导体（半导体）横向两侧面出现一定的电势差的现象。所产生的电势称为Hall电压。设载流导体的宽为 b，厚为 d，通有电流 I。 1.原因: 是由于运动电荷在磁场中受Lorentz力的结果。 I

B fL VH v q b I Fe E d 载流导体（半导体）中的运动电荷在洛伦兹力的作用下，向上偏转，在导体的上表面积累了正电荷，下表面出现负电荷，在上下两面间形成电场 E，出现Hall电压 VH。带电粒子将受到向下的电场力Fe的作用。当电场力与Lorentz力平衡时，上下表面出现稳定的电荷分布， VH稳定。

B fL VH v b I Fe E d 由有定义Hall系数

2讨论 • 由于导体内有大量的自由电荷，n 较大，RH较小，故导体的霍尔效应较弱。 • 而半导体界于导体与绝缘体之间，其内的自由电荷较少，n 较小，RH 较大，故半导体的霍尔效应显著。

3 Hall效应的应用 ① 测量半导体的性质半导体根据掺杂不同，有空穴型（p型）半导体，和电子型（n型）半导体。 P型半导体的主要载流子为正电荷；n型半导体的主要载流子为负电荷； • P 型半导体：VH>0 • N型半导体：VH<0 由 VH 的正负就可知道半导体的类型

② 测量磁场 由高斯计可知利用此原理制成高斯计测量外界磁场。探头用Hall元件制成，通过测量 VH，折算成 B 。探头

I B ③ 测量大电流——几万安培用霍Hall元件测量大电流周围的磁场，可推算出动力线中流过的电流 I。由可知 B，再由无限电流 I与 B 之间的关系可知 I 。

电极 N 发电通道导电气体 S ④ 磁流体发电把燃料（油、煤气和原子能反应堆）加热而产生的高温（约3000K）气体，以高速 v（约1000 m/s）通过用耐高温材料制成的导电管，气体在高温情况下，原子中的一部分电子克服了原子核引力的束缚而变成自由电子，同时原子则因失去了电子而变成带正电的离子，

再在这种高温气流中加入少量容易电离的物质（如钾和铯），更能促进气体的电离，从而提高气体的导电率，使气体差不多达到等离子状态，如在垂直于气体运动的方向加上磁场，则气流中的正、负离子由于受洛伦兹力的作用，将分别向垂直于 v 和 B 的两个相反方向偏转

电极结果在导电管两个电极上产生电势差。如果不断提供高温、高速的等离子气体，便能在电极上连续产生电能。 +q B 发电通道 -q 导电气体电极

经典 Hall 效应