大学物理107磁场对运动电荷的作用霍耳效应.pptx

南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系10.7 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系电量为电量为 q 的的电荷在磁场中受到的电荷在磁场中受到的洛仑兹力：洛仑兹力：大小大小:方向方向:垂直由垂直由 和和 构成的平面。构成的平面。(1)磁场对静止电荷无力的作用磁场对静止电荷无力的作用.一、洛仑兹力一、洛仑兹力洛伦兹力特点：洛伦兹力特点：(2)洛仑兹力不对运动电荷作功洛仑兹力不对运动电荷作功,只改方向，不改速率和动能。只改方向，不改速率和动能。磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系二、安培力与洛仑兹力的关系二、安培力与洛仑兹力的关系 安培定律安培定律：磁场对电流元的作用力磁场对电流元的作用力S矢量形式矢量形式推导推导:安培力安培力 洛仑兹力洛仑兹力.也可以也可以,洛仑兹力洛仑兹力 安培力安培力.磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系结论：结论：载流导体受到的安培力载流导体受到的安培力,是大量运动电荷受到的洛仑兹力的宏观表现。是大量运动电荷受到的洛仑兹力的宏观表现。磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系霍霍 耳耳 效效 应应三、三、霍耳效应霍耳效应(1879)(1879)霍耳效应：霍耳效应：处于磁场中的导体，其运动电荷将受到洛仑处于磁场中的导体，其运动电荷将受到洛仑兹力的作用而使导体内产生一个兹力的作用而使导体内产生一个横向电场横向电场和和横向电势差横向电势差.磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系I霍耳电压霍耳电压霍耳霍耳系数系数+-磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系霍耳效应的应用霍耳效应的应用2）测量磁场测量磁场(高斯计高斯计)霍耳电压霍耳电压1）判断半导体的类型判断半导体的类型I+-P型半导体（空穴）型半导体（空穴）+-+-N 型半导体（电子）型半导体（电子）-I+-3）测量半导体载）测量半导体载流子浓度流子浓度n磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系例一半导体样品放入均匀磁场中，如下图所示，现例一半导体样品放入均匀磁场中，如下图所示，现例一半导体样品放入均匀磁场中，如下图所示，现例一半导体样品放入均匀磁场中，如下图所示，现测得测得测得测得 ，则该半导体是，则该半导体是，则该半导体是，则该半导体是 型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 1980年，德国人冯年，德国人冯克利青克利青(K.Von.Klitzing)发现发现,在低温在低温(K)K)和强磁场和强磁场(10T)(10T)条件下，条件下，金属金属-氧化物氧化物-半导半导体体场效应晶体管的场效应晶体管的霍耳电阻与磁场不是线性关系霍耳电阻与磁场不是线性关系，而是，而是台阶式的非线性关系，因此获得台阶式的非线性关系，因此获得19851985年诺贝尔奖年诺贝尔奖.量子霍尔效应量子霍尔效应(1)整数量子霍耳效应整数量子霍耳效应(1980)定义定义霍耳电阻霍耳电阻整数量子霍耳效应整数量子霍耳效应磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系整整数数量量子子霍霍耳耳效效应应磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7 南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系(2)分数量子霍耳效应分数量子霍耳效应19821982年，华裔科学家崔琦（年，华裔科学家崔琦（D.C.TsuiD.C.Tsui）等人在更低）等人在更低温温(0.1K)(0.1K)和更强磁场和更强磁场(20T)(20T)条件下，发现分数量子霍条件下，发现分数量子霍耳效应耳效应,1998,1998年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。崔崔琦琦磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 霍耳效应霍耳效应10.7