巨磁电阻测量磁感应强度方法

‘壹’ 测量磁感应强度的所有方法

磁感应强度又叫磁通量密度（磁通密度）它是指通过一定面积的磁感线的条数。

而磁感线不是客观存在的，所以，磁感应强度是无法直接测量的。要通过计算得到。

‘贰’ 磁力计测量磁感应强度的原理

原理是霍尔效应，通常采用霍尔传感器来测磁感应强度大小。用传感器测某一位置的磁场，在该点上反复改变霍尔片的方向，找出霍尔电压最大的方向，则这时磁力线的方向为垂直于霍尔片的方向，霍尔电流流过的方向为磁感应线的法线方向。当然要是弱磁场需要考虑地磁场的影响。

‘叁’ 测量磁场的方法有哪些

一、利用安培力计算公式F＝BIL测磁感应强度B

例1. 如图1所示，天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂上挂有一矩形线圈，宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左右两边加上质量分别为 的砝码，天平平衡，当线圈中电流反向时，右边需再加砝码m，天平重新平衡。由此可知（）

图1

A. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 ；

B. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 ；

C. 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 ；

D. 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 。

分析与解：因为电流反向后，右边需加砝码，故可知电流反向之后，通电线圈受向上的安培力作用，由左手定则得磁场的方向垂直线面向里。又因为磁场对线圈的作用力： ，电流反向前，由平衡条件有： ，电流反向后有： ，综合以上各式有： ，正确答案为B。

二、利用感应电动势 测磁感应强度B

例2. 为了控制海洋中水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场产生的感应动势以及水的流速测地磁场的磁感应强度向下的分量B，某课外活动兴趣小组由四个成员甲、乙、丙、丁组成，前去海边某处测量地磁场的磁感应强度向下的分量B。假设该处的水流是南北流向，且流速为v，问下列哪种测定方法可行？（）

A. 甲将两个电极在水平面沿水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则 ；

B. 乙将两个电极在水平面沿垂直水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则 ；

C. 丙将两个电极沿垂直海平面方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则 ；

D. 丁将两个电极在水平面上沿任意方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则 。

分析与解：因需测量地磁场向下的分量B，而水流方向为南北流向，相当于东西方向的导体切割磁感线，此时 ，所以导体应在垂直于水流方向，即把电极在东西方向插入水中，测出两极距离L和电压U，可得 ，正确答案为B。

三、利用产生感应电动势时回路的电量与磁感应强度的关系测磁感应强度B

例3. 物理实验中，常用一种叫“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量。如图2所示，探测线圈和冲击电流计串联后，可用来测定磁场的磁感应强度。已知线圈的匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，把线圈放在被测匀强磁场中，开始线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转180°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为（）

图2

A. B. C. D.
分析与解：当线圈翻转180°，线圈中的磁通量发生变化 ＝2BS，呷∑��钠骄�杏Φ缍�?/FONT>E＝ ，线圈中的平均感应电流 ，通过线圈的电量 ，由以上各式得： ，故正确答案为C。

四、利用霍尔效应测磁感应强度B

例4. 磁强计是用利用霍尔效应测量磁感应强度的仪器。其原理如图3所示，一块导体高为l，厚为d，分别接有a、b、c、d四个电极，将导体放在如图示的匀强磁场中，当a、b间通过电流I时，在电极c、d接上灵敏度极高的电压表，测得两极间的电势差为U，试求匀强磁场的磁感应强度B为多少？

图3

分析与解：当c、d两极间的电势差恒为U时，设c、d两极间的电场强度为E，则U＝El，因此时导体中的自由电荷受到的电场力与洛伦兹力平衡，故 ，v为自由电荷的定向移动速度。所以 。设导体中单位体积内的自由电荷数为n，则电流I＝nqSv，而 ，所以 ，故 。由上式可知 ，即只要将装置先在已知磁场中定出标度，就可以通过测定U来确定磁感应强度B的大小。

‘肆’ 巨磁阻效应灵敏度计算

巨磁阻效应灵敏度计算：K=V/B，计算出赫姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度为：
B=(8/5^(3/2))*(μNI/R)。

电压部分用电桥电路，连接毫伏表，如果毫伏表精度不够，就连接一个放大器。注意的是巨磁阻传感器是有一个线性工作范围的，所以要先确定这个范围，然后才能计算灵敏度。

先要设计一个赫姆霍兹线圈，赫姆霍兹线圈是由一对彼此平行的共轴圆形线圈组成。两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间的距离d正好等于圆形线圈的半径R。这种线圈的特点是能在公共轴线中点附近产生较广泛的均匀磁场。

效应概念

巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance）是一种量子力学和凝聚态物理学现象，磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层（几个纳米厚）结构中观察到。

这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。

‘伍’ 请问磁感应强度的计算

磁感应强度的计算公式为B=F/IL=F/qv=E/v =Φ/S

其中在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力为F，电流大小为I，而导线长度为L。

电荷量为q，速度为v，电场强度为E，磁通量为Φ，S为面积。

注意:

1、磁场中某位置的磁感应强度的大小和方向是客观存在的，与放入的导线的电流有多大，导线有多长无关 。所以不能说B与F或者B月IL的乘积成反比。

2、在同一磁场的某处，保持导线与磁场方向垂直，无论电流I和长度L如何变化，磁场力F与IL的乘积的比值是不变的。但是在不同的位置，一般不同。

(5)巨磁电阻测量磁感应强度方法扩展阅读

磁感应强度的间接测量方法

1、利用霍尔效应，测定磁感应强度。

将导体放在x轴方向的匀强磁场中，并通有沿y轴方向的电流时，在导体的上下两侧出现电势差，这个现象称为霍尔效应，利用霍尔效应的原理就可以制造磁强计，测量磁感应强度。

2、利用动力学方法测定磁感应强度。

应用通电导体在磁场中受到安培力的原理，根据牛顿运动定律建立动力学方程，从而求出磁感应强度。

3、利用传感器测量磁感应强度。

传感器是将非电学物理量，如位移加速度，压力温度，流量升强，光照强度等等转换成电学量，如电压电流等的一种元件，传感器输入的非电学物理量，输出的却是电学量。

传感器应用的一个基本思想是转化思想，即利用传感器把某些难以直接测量的物理量转化为比较容易测量的电学量。

‘陆’ 巨磁阻效应 有哪些因素影响测量结果

当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电常如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载...
巨磁阻前3个层控制着磁头的电阻。在栓层中，磁场强度是固定的，并且磁场方向被相临的交换层所保持。而且自由层的磁场强度和方向则是随着转到磁头下面的磁盘表面的微小磁 化区所改变的，这种磁场强度和方向的变化导致明显的磁头电阻变化，在一个...
巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自...
大学物理一般都是用声波和超声波做实验的。误差原因： 1、频率源不稳定 2、频率计不准确 3、运行速度不准确 4、介质（一般是空气）不稳定，受干扰，风吹 5、多台仪器放在一起，相互干扰 6、如果是超声波，距离太远造成声波衰减过大，引起测频的...
http://wenku..com/view/38f54c50f01dc281e53af02b.html
1、霍尔片感应到的是磁场的垂直分量，如果不垂直，会比实际的值校 2、温度会对元件的灵敏度产生影响，即温度不同你测出的那个mV/Gauss（或者是其他等量单位，大物实验里好像磁场强度是用mT表示的）的值会不同

‘柒’ 请问2007年诺贝尔物理学奖“巨磁电阻”相关知识

瑞典皇家科学院9日宣布，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔共同获得2007年诺贝尔物理学奖。他们将分享1000万瑞典克朗（1美元约合7瑞典克朗）的奖金。

这两名科学家获奖的原因是先后独立发现了“巨磁电阻”效应。所谓“巨磁电阻”效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。根据这一效应开发的小型大容量计算机硬盘已得到广泛应用。

瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术”。这项技术被认为是“前途广阔的纳米技术领域的首批实际应用之一”。

对上面的相关知识做一点补充：
1.什么是巨磁电阻？
答:在通有电流的金属或半导体上施加磁场时，其电阻值将发生明显变化，这种现象称为磁致电阻效应，也称磁电阻效应(MR).目前，已被研究的磁性材料的磁电阻效应可以大致分为:由磁场直接引起的磁性材料的正常磁电阻(OMR，ordinaryMR)、与技术磁化相
联系的各向异性磁电阻(AMR，anisotropi。MR)、掺杂稀土氧化物中特大磁电阻(CMR，ColossalMR)、磁性多层膜和颗粒膜中特有的巨磁电阻(GMR，giantMR)以及隧道磁电阻(TMR，tunnelMR)等.
以上资料是我从一篇论文里找到的。巨磁电阻简而言之就是电阻值对磁场变化巨敏感的一种电阻材料。从论文里看具体的关系是在没有外加磁场时材料程高阻态，有外加磁场（与极性无关）时程低阻态。
2.为什么巨磁电阻效应能应用到计算机硬盘上？
答：计算机硬盘的常用材料是磁性材料，磁头在写数据的时候改变硬盘表面磁性材料单元的极性以记录0和1，在读取数据的时候，需要探头能够识别表面单元的极性，这时就可以用巨磁电阻---考虑一个用巨磁电阻做的探头从一个单元移到另一个单元的过程，如果两个单元表面极性相同，那么探头表面的磁场强度似乎（我也不确切了解这方面原理，只是推测）应当变化不大，于是探头的电阻变化也不大；如果两个单元表面极性相反，那么探头表面的磁场强度似乎应当经历一个从大到小再到大的过程，于是探头的电阻值会出现一个尖峰（探测电阻很容易，只需要加恒定压测电流）。只需要判断有没有这个尖峰出现就可以知道相邻两个单元的极性是否不同，再由某个已知极性的单元就可以推断当前单元的极性。电阻随磁场的变化越剧烈，探头的分辨率必然越好，于是会导致单位面积的硬盘容量越来越大，因此有必要对巨磁电阻理论的创始人心存感恩