Badanie za pomocą Hallotronu
Wstęp teoretyczny:
Pole magnetyczne wpływa na ruch ładunków elektrycznych zgodnie z działaniem siły Lorentza: =q· . Kiedy w przewodniku umieszczonym w polu magnetycznym płynie prąd, ładunki odchylają się i tworzą wewnętrzne pole elektryczne. Po ustaleniu się równowagi siła działająca na ładunki równa się 0, czyli siła Lorentza i siła elektryczna są równe co do wartości. Nazywamy to zjawiskiem Halla. Przeprowadzając te proste (pozornie) doświadczenie można uzyskać wiele informacji o ładunku nośników prądu, o ich koncentracji i ruchliwości. Używamy w tym celu urządzenia zwanego hallotronem. Hallotron to cienka warstewka przewodnika naparowana na izolator, do której przykładamy napięcie (dwie poprzeczne elektrody), a po umieszczeniu w zewnętrznym polu magnetycznym badamy powstałe napięcie w poprzek (dwie pozostałe elektrody). Wtedy zgodnie z wcześniejszym rozumowaniem: , stąd:
e·E=e·VD·B, gdzie e ładunek elektronu, B natężenie indukcji pola magnetycznego, E natężenie pola elektrycznego, VD prędkość unoszenia, która wynosi:
VD= , gdzie I natężenie prądu, n koncentracja, s pole przekroju przewodnika. Napięcie mierzone w poprzek przewodnika to: U=E·d, d to szerokość Hallotronu napięcie Halla UH= , gdzie b to grubość hallotronu, co ciekawe, napięcie to zależy tylko od grubości Hallotronu a nie szerokości!
Stąd wyznaczamy koncentrację n= Ruchliwość z definicji µ= podstawiając: µ= , gdzie U to napięcie przyłożone do hallotronu, E pole wprawiające ładunki w ruch, a d szerokość.
Przebieg doświadczenia:
W celu przeprowadzenia doświadczenia zbudowałyśmy najpierw obwód elektryczny:
Gdzie: R- opornik dekadowy, Z- zasilacz, mA mierzy natężenie prądu płynącego prze obwód, H- hallotron umieszczony później w polu magnetycznym, V1- mierzy napięcie Halla, V2 mierzy napięcie odkładane na hallotronie, V3 mierzy napięcie w obwodzie. Pole magnetyczne uzyskiwałyśmy elektromagnesem. Wartość indukcji magnetycznej B uzyskiwałyśmy zmieniając natężenie prądu płynącego przez elektromagnes. Wymiary Hallotronu:
Grubość: b=(100±1) μm
Szerokość: d=(2,5±0,1) mm
Długość: l=(100±0,1) mm
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)