1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時,發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng):將導(dǎo)體置于磁場中,并沿垂直磁場方向通入電流,則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差,這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng),這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差.
(1)如圖甲所示,某長方體導(dǎo)體abcda′b′c′d′的高度為h、寬度為l,其中的載流子為自由電子,其電荷量為e,處在與ab b′a′面垂直的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B
0.在導(dǎo)體中通有垂直于bcc′b′面的電流,若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I,橫向霍爾電勢差為U
H,求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù).
(2)對于某種確定的導(dǎo)體材料,其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值,人們將H=
定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù).利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強度的探頭,有些探頭的體積很小,其正對橫截面(相當(dāng)于圖14甲中的ab b′a′面)的面積可以在0.1cm
2以下,因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強度.如圖乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強度的儀器,其中的探頭裝在探桿的前端,且使探頭的正對橫截面與探桿垂直.這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I,又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差U
H,并自動計算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強度的大小,且顯示在儀器的顯示窗內(nèi).
①在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強度的過程中,對探桿的放置方位有何要求;
②要計算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強度,除了要知道H、I、U
H外,還需要知道哪個物理量,并用字母表示.推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強度大小的表達式.