一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时,另外两侧c、f间产生电势差,这一现象称为霍尔效应.如图某薄片中通以向右的电流I,薄片中的自由电荷电子受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是c、f间建立起电场E
H,同时产生霍尔电势差U
H.当电荷所受的电场力和洛伦兹力处处相等时,E
H和U
H达到稳定值,U
H的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式
,其中比例系数R
H称为霍尔系数,仅与材料性质有关.
(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l,请写出U
H和E
H的关系式;并判断图1中c、f哪端的电势高;
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数R
H的表达式(通过横截面积S的电流I=nevS,其中v是导电电子定向移动的平均速率);
(3)图2是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的半径为R,周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反.霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近,如图所示.当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉动信号图象如图3所示.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,请导出圆盘边缘线速度的表达式.
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