Akademia Świętokrzyska fizyka kierunek studiów

Transkrypt

1 Dominik Kaniszewski Sebastian Gajos mię i nazwisko Ćw.: Badanie efektu alla Akademia Świętokrzska fizka kierunek studiów 3 rok rok studiów data Temat ćwizenia oena podpis Cel ćwizenia Wznazanie napięć alla. Część teoretzna Materiał takie jak przewodniki, półprzewodniki harakterzują się dużą ruhliwośią elektronów, będąh tm samm nośnikiem ładunków elektrznh. Lokalne zagęstrzenie lub niedomiar elektronów powodują powstanie lokalnego pola magnetznego. Jeżeli płtkę z materiału przewodząego prąd włązm w obwód prądu stałego o określonej orientaji i umieśim w polu magnetznm, którego wektor indukji magnetznej B jest prostopadł do powierzhni płtki i do kierunku płnąego prądu, to wzdłuż prądu przewodzonego przez przewodnik wstępuje poprzezn spadek potęiału międz punktami na boznh powierzhniah płtki zwane napięiem alla. Jeżeli do płtki przłożm napięie, to w razie braku pola magnetznego przez próbkę będzie płnął prąd o natężeniu, o wartośi prądu sterująego. zskane w obrębie próbki poprzezne pole elektrzne o wartośi natężenia E będzie skierowane zgodnie z kierunkiem płnąego prądu, natomiast elektron będą przejawiać przeiwną orientaje ruhu. Wnika to z historznego faktu interpretaji ładunku dodatniego, posiadająego ehę przemieszzania się zgodnie z kierunkiem działająego pola. Zatem w badanm zjawisku elektron przemieszzać się będą w kierunku przeiwnm do kierunku pola z prędkośią v. Jeżeli do układu dostarzm pole magnetzne o indukji B, to na elektron poruszająe się w tm polu z prędkośią v będzie działać siła Lorentz`a : F = -ev B

2 Tak, wię każd elektron w płte poruszają się z prędkośią v, zostaje sphan z kursu pozątkowego, odhlon od swego pozątkowego kierunku ruhu. Wskutek zmian torów elektron gromadzą się na jednej z krawędzi płtki, natomiast na drugiej wtwarza się niedobór elektronów. Dzięki temu proesowi powstaje dodatkowe pole elektrzne o natężeniu E. Proes gromadzenia się ładunków trwa tak długo, aż powstałe pole poprzezne E, działająe na elektron z siłą F = -ee zrównoważ siłę Lorentz`a. Wówzas napięie alla oblizam z równania w którm: = R B / 1 R = en Mierzą natężenie prądu sterująego płnąego przez płtkę, napięie alla oraz znają współznnik R, można wznazć indukję magnetzną B. rządzenie służąe do wznazania indukji magnetznej, wkorzstująe efekt alla, nazwa się hallotronem, parametr R zaś zułośią hallotronu. Napięiu alla towarzsz niepożądane napięie asmetrii pierwotnej(omowej) związane z poprawnośią wkonania elektrod hallowskih. Gd elektrod te nie leżą dokładnie na przeiwko siebie wówzas międz elektrodami hallowskimi wtwarza się różnia potenjałów A zwana napięiem asmetrii pierwotnej, które sumuje się z napięiem alla i utrudnia pomiar. Opis doświatzenia Celem doświadzenia bło zbadanie efektu alla wbranh próbek. Do badań wkorzstaliśm układ wg. załązonego shematu gdzie: podłązam odpowiednio układ doświadzaln według shematu przgotowujem kompensator do pra (gotowość do pra po jednej godzinie) podłązam zewnętrzn galwanometr zapewniam odpowiednie hłodzenie dla zasilaza obsługująego elektromagneswdajne rozwiązanie hłodząe tranzstor wsokiej mo zasilaza. włązam prąd zasilają elektromagnesu(zmiana orientaji pola poprzez przerzutnik p1 prz niezerowej wartośi prądu powoduje potężne przeiążenie, w wniku trwałe uszkodzenie zasilaza) ustalam prąd sterują, zamkam obwód poprzez przerzutnik p2 prz ustalonej konfiguraji kierunku pola i przepłwu prądu sterująego dokonujem pomiaru-do uzskania poprawnh odztów napięć alla użwam przerzutnik p3

3 Pomiar powtarzam dla wszstkih możliwh kombinaji pola magnetznego i prądu sterująego, które zmieniam prz pomo przerzutników( p1 p2 p3 ). Tlko 4 pomiar gwarantują poprawne wniki, zredukowanie efektów towarzsząh. Zasadnizo ćwizenie można podzielić na 3 zęśi. 1) Pomiar przeprowadzone się dla próbek metali. kład połązon według Sh.1. mag. [A] pr. [A] Kier. pola Kier. prądu [mv] pom. [V] Cu =32 µm 1. 31, ,009 1, , , , , , ,034 Al =11µm 1. 31, , , , ,5 15, , , ,104 Bi grubość próbki =1,05mm 1. 31, , , , , , , ,56 3, , Stałe R h: [m] h [V] mag [A] pro. [A] R[m 3-1 ] R[m 3-1 ] R/R % Cu , ,5 22 1, , ,24 Al , ,5 16 2, , ,6 Bi , ,5 5 2, , ,97 Właśiwe napięie alla otrzmujem ze wzoru: + E = Y ( ; Bz ) ( ; Bz ) + ( ; Bz ) ( ; Bz ) 4 Oblizenia wkonujem w elu uzskania wniku pozbawionego przekłamań spowodowanh efektami towarzsząmi.

4 Wkorzstują zależność: = R B wlizm z niej R. jest polizone ze wzoru (3) B jest wartośią odztaną z wkresu harakterstki elektromagnesu, a to grubość próbki. Niepewność pomiaru dla próbek metali została oblizona z pomoą różnizki zupełnej: R = B B B B B Za błęd pojednzh pomiarów przjęto: = 0,1µ V B z Y = 0,21T = 1mA Konentraja ładunków jest połązone ze stałą alla prostą zależnośią. e=1, [C] Konentraja ładunków: n [m -3 ] n [m -3 ] Cu 3, , Al 2, , Bi 2, , R = en Błąd konentraji n jest pohodną błędu wznazenia R.

5 2) Pomiar przeprowadza się dla próbki Si prz stałej wartośi indukji pola magnetznego. Zmieniam wartośi prądu dokonujem pomiarów dla 0,01;0,02 i 0,03A kład połązon według Sh.2. mag. [A] pr. [A] Kier. pola Kier. prądu [mv] pom. [V] Si =0,01mm 1. 31, ,7 6, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,2 4, , Wartość napięia alla. Otrzmane wartośi napięia przedstawione na wkresie (rs.1) 3) Pomiar przeprowadza się dla próbki Si prz stałej wartośi prądu sterująego 3mV. Zmieniam wartośi indukji pola magnetznego, uzskujem zmieniają wartość prądu zasilająego uzwojenia 10,5;21;31,5A.wg.tabeli(*) kład połązon według Sh.2. mag. [A] pr. [A] Kier. pola Kier. prądu [mv] pom. [V] Si 1. 10, , , , , , , , , , ,7 4, , , , , , , , ,4 6,

6 Wartość napięia alla. Otrzmane wartośi napięia przedstawione na wkresie (rs.2) mag [A] B z [T] 31,5 0, ,67 10,5 0,28 (*) Pomiar uzskane w zęśi drugiej i trzeiej nanosim na wkres (Rs.3) gdzie dane reprezentowane są według zależnośi. = B Stałą halla R jak i R dla próbki Si wznazam metodą regresji liniowej z powższej zależnośi dla danh z zęśi 2 i 3 Otrzmane wartośi R [m 3-1 ] R [m 3-1 ] Si 2, , Konentraja ładunków: n [m 3 ] n [m 3 ] Si 2, , Konentraja ładunków jest połązone ze stałą alla prostą zależnośią. 1 R = en Wnioski: Tabliowa wartość R dla Si równa się 5, [m 3-1 ] a otrzmana przez nas w doświadzeniu 2, ±7, [m 3-1 ]. Tabliowa wartość jest podana dla maksmalnego (ma)=0,084 [V]. Można uznać, że doświadzenie zostało przeprowadzone poprawnie. Zjawisku ala towarzsz szereg efektów. Kilkakrotnie w zasie trwania ćwizenia sprawdzaliśm z po włązeniu prądu zasilająego magnes mikrowoltomierz wskazwał o pozwala przpuszzać że efekt Ettingshausena i asmetrii omowej można zaniedbać. Duż błąd w zasie pomiaru próbek metali wstąpił z powodu wahań natężenia prądu (z powodu nie naładowanh akumulatorów).