Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

Podobne dokumenty
Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Celem ćwiczenia jest badanie zjawiska Dopplera dla fal dźwiękowych oraz wykorzystanie tego zjawiska do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu.

BADANIE EFEKTU HALLA. Instrukcja wykonawcza

Zadanie 106 a, c WYZNACZANIE PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO I STAŁEJ HALLA DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW. WYZNACZANIE RUCHLIWOŚCI I KONCENTRACJI NOŚNIKÓW.

F = e(v B) (2) F = evb (3)

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

6. Zjawisko Halla w metalach

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

BADANIE EFEKTU HALLA. Instrukcja wykonawcza

Projekt efizyka. Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponadgimnazjalnych. Zjawisko Halla. Ćwiczenie wirtualne

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

2 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Klasyczny efekt Halla

Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej opornika, żarówki i diody półprzewodnikowej z wykorzystaniem zestawu SONDa

Efekt Halla w germanie.

Prosty model silnika elektrycznego

3.5 Wyznaczanie stosunku e/m(e22)

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

dr inż. Zbigniew Szklarski

Badanie charakterystyki diody

Czym jest prąd elektryczny

Badanie licznika Geigera- Mullera

Badanie transformatora

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Badanie transformatora

BADANIE EFEKTU HALLA

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

Ruch ładunków w polu magnetycznym

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 14 ZADANIA ZAMKNIĘTE

Ćwiczenie 41. Busola stycznych

Siła Elektrodynamiczna

Pole elektromagnetyczne

30P4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM PODSTAWOWY

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA (2006/2007). Stopień III, zadanie doświadczalne D

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

Praca i energia Mechanika: praca i energia, zasada zachowania energii; GLX plik: work energy

Scenariusz lekcji fizyki w klasie drugiej gimnazjum

( L ) I. Zagadnienia. II. Zadania

POLE MAGNETYCZNE. Magnetyczna siła Lorentza Prawo Ampere a

Ładunki elektryczne. q = ne. Zasada zachowania ładunku. Ładunek jest cechąciała i nie można go wydzielićz materii. Ładunki jednoimienne odpychają się

Ćwiczenie nr 123: Dioda półprzewodnikowa

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

LVI Olimpiada Fizyczna Zawody III stopnia

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 123: Półprzewodnikowe złącze p-n

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Przyspieszenie na nachylonym torze

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Ziemskie pole magnetyczne

Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora JFET oraz badanie własności sterowanego dzielnika napięcia.

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

MOMENT MAGNETYCZNY W POLU MAGNETYCZNYM

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ploter I-V instrukcja obsługi

Sprawdzanie prawa Ohma i wyznaczanie wykładnika w prawie Stefana-Boltzmanna

Wymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C

Energia promieniowania termicznego sprawdzenie zależności temperaturowej

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Rozdział 1. Prędkość i przyspieszenie... 5 Rozdział 2. Składanie ruchów Rozdział 3. Modelowanie zjawisk fizycznych...43 Numeryczne całkowanie,

BADANIE PROSTEGO I ODWROTNEGO ZJAWISKA PIEZOELEKTRYCZNEGO I JEGO ZASTOSOWANIA

Projekt efizyka. Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponadgimnazjalnych. Zjawisko Halla. Ćwiczenie wirtualne

Front-end do czujnika Halla

ZJAWISKO PIEZOELEKTRYCZNE.

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Badanie transformatora

Potencjalne pole elektrostatyczne. Przypomnienie

Badanie zależności położenia cząstki od czasu w ruchu wzdłuż osi Ox

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Przykładowe zadania/problemy egzaminacyjne. Wszystkie bezwymiarowe wartości liczbowe występujące w treści zadań podane są w jednostkach SI.

Lekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego.

Ć W I C Z E N I E N R E-18

Ekpost=mv22. Ekobr=Iω22, mgh =mv22+iω22,

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI

Powtórzenie wiadomości z klasy II. Przepływ prądu elektrycznego. Obliczenia.

str. 1 d. elektron oraz dziura e.

Prąd elektryczny 1/37

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

Ile wynosi całkowite natężenie prądu i całkowita oporność przy połączeniu równoległym?

Tranzystor. C:\Program Files (x86)\cma\coach6\full.en\cma Coach Projects\PTSN Coach 6 \Elektronika\Tranzystor_cz2b.cmr

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Doświadczenie nr 6 Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji elektronów komptonowskich.

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Transkrypt:

Efekt Halla Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Wstęp Siła Loretza Na ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym w kierunku prostopadłym do linii pola magnetycznego działa siła, zwana siłą Lorentza. Jest ona skierowana prostopadle do kierunku prędkości ładunku i do linii pola magnetycznego, a jej wartość jest proporcjonalna do wartości ładunku q, prędkości v i indukcji magnetycznej B (Rys.1). (1) F=qvB Rys.1. Siła Lorentza działająca na ładunek punktowy q poruszający się z prędkością V w kierunku prostopadłym do wektora indukcji magnetycznej B Przepływ prądu polega na ruchu ładunków pod wpływem przyłożonego napięcia. Jeśli zatem umieścimy przewodnik z prądem w polu magnetycznym prostopadłym do kierunku przepływu prądu, nośniki prądu (elektrony swobodne) będą spychane przez siłę Lorentza w stronę jednej ze ścianek przewodnika. Skutkiem tego na ściankach przewodnika powstanie różnica potencjałów, zwana napięciem Halla, w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu prądu. Zjawisko to zaobserwował E. H. Hall w 1879 r. jeszcze przed odkryciem elektronu

Rys.2. Zjawisko Halla Kierunek przepływu prądu I wskazują czerwone strzałki. Ujemne nośniki prądu (elektrony) poruszają się z prędkością v skierowaną przeciwnie do kierunku przepływu prądu. Kierunek wektora indukcji magnetycznej B wskazują niebieskie strzałki. Siła Lorentza F działająca na elektrony spycha je w prawo i na prawej ściance przewodnika zbiera się ładunek ujemny. Ładunek ten wytwarza poprzeczne pole elektryczne, które przeciwstawia się procesowi ich dalszego gromadzenia się. W rezultacie następuje stan równowagi, kiedy działająca na ładunki siła Lorentza będzie zrównoważona przez siłę skierowaną w przeciwną stronę i pochodzącą od wytworzonego przez zgromadzone elektrony pola elektrycznego E, które nazywamy polem Halla. Ta siła równa jest iloczynowi pola Halla i ładunku: F=eE zatem (2) ee=evb

(3) E=Uhd Różnica potencjałów \(U Natężenie pola elektrycznego możemy wyrazić jako iloraz różnicy potencjałów między lewą i prawą ścianką Uhprzez odległość między ściankami d: _h\) odpowiadająca stanowi równowagi nosi nazwę napięcia Halla. Podstawiając to wyrażenie do wzoru (2) otrzymamy wzór na wartość napięcia Halla. (4). Uh=dvB Prędkość v, z jaką przenoszony jest ładunek podczas przepływu prądu nazywamy prędkością dryfu lub prędkością unoszenia. Można tę wielkość wyrazić przez natężenie prądu I. (5). v=iadne Gdzie a i d to wymiary poprzeczne przewodnika, n jest liczbą nośników prądu w jednostce objętości (koncentracja), e to ładunek nośnika. Łącząc wzory (4) i (5) otrzymamy: (6). Uh=IBane Opis układu pomiarowego Zestaw pomiarowy do badania efektu Halla składa się z sterowanego zasilacza do sterowania prądem hallotronu sterowanego zasilacza do sterowania natężeniem indukcji magnetycznej układów przelączających kierunki prądów halloteronu i elektromagnesu hallotronu półprzewodnikowego

elektromagnesu miernika napięcia Halla komputera sterującego Poniższy rysunek ilustruje schemat układu pomiaru charakterystyk prądowo napięciowych. Układ pomiarowy prezentuje poniższe zdjęcie. Rys.3 Schemat układu do pomiaru efektu Halla

badania efektu Halla Rys.4. Stanowisko do

Wykonanie ćwiczenia Po zalogowaniu się do Laboratorium przyciskiem Podłącz wybieramy możemy wybrać mod pomiaru. Możemy mierzyć zależność napięcia Halla od prądu przepływającego przez próbkę przy ustalonej wartości pola indukcji magnetycznej lub zależność napięcia Halla od pola magnetycznego przy ustalonej wartości prądu przepływającego przez próbkę. W pierwszym przypadku wybieramy początkową wartość prądu końcową wartość prądu skok przyrostu prądu wartość indukcji pola magnetycznego W drugim przypadku wybieramy początkową wartość indukcji pola magnetycznego końcową wartość indukcji pola magnetycznego skok przyrostu indukcji pola magnetycznego wartość prądu przepływającego przez próbke. Po naciśnięciu przycisku Start rozpoczyna się cykl pomiaru. Komputer sterujący ustawia początkowe wartości parametrów, które po wykonaniu pomiaru napięcia Halla, zmienia o wartość zadanego skoku przyrostu. Poprzez sieć internetową wyniki pomiarów są sukcesywnie przesyłane na komputer użytkownika i wyświetlane na ekranie monitora w postaci wykresu zależności wartości napięcia Halla od zmienianego parametru. W dowolnej chwili można przerwać pomiar, zapisać dane na dysku, zmienić parametry i ponownie uruchomić pomiary. Opracowanie wyników 1. Korzystając ze wzoru (4), wyznacz prędkość unoszenia elektronów v. Sporządź wykres, w którym na osi poziomej jest iloczyn db, a na osi pionowej Uh. Przez punkty doświadczalne przeprowadź prostą. Tangens kąta nachylenia tej prostej do osi poziomej będzie równy prędkości unoszenia. Uwaga na jednostki! Jeśli wszystkie wielkości będą wyrażone w jednostkach układu SI, to prędkość otrzymamy w m/s. 2. Porównaj prędkość unoszenia z prędkościami termicznymi elektronów. Skorzystaj ze wzoru na średnią energię kinetyczną ruchów termicznych elektronów swobodnych: Ek=kT2

gdzie k=1,38 10 23 J/K (stała Boltzmanna), T temperatura w skali bezwzględnej (można przyjąć T=300K). Masa elektronu: me=9,1 10 31 kg. 3. Korzystając ze wzoru (6) wyznacz koncentrację nośników prądu n. Przekształćmy wzór (6) do postaci: IB=naeUh Posłuż się wykresem, w którym na osi poziomej będzie aeuh, a na osi pionowej IB. Współczynnik kierunkowy prostej przeprowadzonej przez punkty doświadczalne, to właśnie szukana koncentracja n.