ćwiczenie nr 57c badanie efektu halla

#
ĆWICZENIE NR 57C
BADANIE EFEKTU HALLA
I.
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
Zestaw przyrządów:
Hallotron umieszczony w polu magnetycznym wytworzonym przez magnesy
trwałe. Magnesy zamocowane są tak by możliwy był pomiar zmian orientacji
pola magnetycznego względem płaszczyzny hallotronu.
Zasilacz hallotronu.
Miliamperomierz do pomiaru natężenia prądu sterującego.
Woltomierz do pomiaru napięcia Halla.
II.
Cel ćwiczenia:
Wyznaczenie charakterystyk hallotronu.
Wyznaczenie czułości hallotronu.
Wyznaczenie koncentracji elektronów swobodnych.
Wyznaczenie czułości kątowej układu.
III.
Schemat układu pomiarowego :
αo
„0”
α
magnesy
Bo
S
155°
hallotron
0°
Bn
180°
N
215°
135°
Bn = Bo ⋅ sin(α - αo)
270°
Zasilacz
hallotronu
mA
Is
Is
UH
UH
V
1
Wersja podstawowa
IV. Przebieg pomiarów:
1.
Połączyć układ zasilający hallotron.
2.
Wyznaczyć zależność napięcia Halla UH od indukcji magnetycznej UH (Bn) przy
ustalonym natężeniu prądu płynącego przez hallotron IS = const. Włączyć
woltomierz oraz zasilacz hallotronu. Ustalić wartość prądu zasilania hallotronu IS
wskazaną przez prowadzącego (z przedziału 5 – 15 mA ). Obrócić magnesy
w położenie przy którym napięcie Halla UH = 0 - kierunek pola magnetycznego
jest wtedy równoległy do powierzchni hallotronu – zanotować to położenie jako αo.
Wykonać pomiary zależności napięcia Halla od kąta pomiędzy kierunkiem indukcji
magnetycznej Bo i powierzchnią hallotronu. Pomiary wykonać w przedziale od zera
do 360o co 10o .
V.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Opracowanie wyników pomiarów :
Narysować wykres zależności napięcia Halla od kąta odczytanego z podziałki
hallotronu.
Korzystając z tego wykresu odczytać wartość αo przy której UH = 0 .
Narysować wykres zależności napięcia Halla od wartości składowej normalnej
indukcji Bn = Bo sin (α – αo ) .
Korzystając z regresji liniowej obliczyć współczynniki kierunkowe prostych
opisujących zależności UH (Bn) przy Is = const..
Korzystając z wartości współczynników kierunkowych obliczyć czułość hallotronu γ.
Obliczyć niepewność wyznaczenia czułości hallotronu.
Obliczyć koncentrację elektronów swobodnych oraz wyznaczyć jej niepewność
bezwzględną (metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej) i względną
korzystając z wyrażenia:
n=
1
e⋅γ ⋅d
gdzie:
d - grubość płytki hallotronu ( d = 2 μm )
e - ładunek elementarny (e = 1,6 x 10 –19 C )
przyjąć : Bo = ( 0,500 ± 0,05 ) T
Δd = 5%
d
VI.
Is
Proponowana tabela pomiarowa
ΔIs
[mA] [mA]
α
Δα
UH ΔUH
Bn
ΔBn
[°]
[°]
[V]
[V]
[T]
[T]
...
...
...
...
...
...
γ
Δγ
[ AV⋅T ] [ AV⋅T ]
Δγ
γ
%
n
Δn
Δn
n
m3
m3
%
[1 ] [1 ]
2
Wersja dodatkowa
1.
2.
IV. Przebieg pomiarów:
Połączyć układ zasilający hallotron.
Wyznaczyć zależność napięcia Halla UH od natężenia prądu IS płynącego przez
hallotron UH (Is), przy ustalonej wartości indukcji magnetycznej Bn. Ustawić
magnesy pod kątem wskazanym przez prowadzącego. Przeprowadzić pomiary
zależności napięcia Halla UH od natężenia prądu sterującego IS w zakresie
od 1 mA do 15 mA co 1 mA;
V.
1.
2.
3.
4.
5.
Opracowanie wyników pomiarów :
Narysować wykres zależności napięcia Halla UH od natężenia prądu Is płynącego
przez hallotron.
Korzystając z regresji liniowej obliczyć współczynniki kierunkowe prostych
opisujących zależności UH (Is) przy Bn = const. [Bn = Bo ⋅ sin(α - αo)]. Wartość
kąta αo przyjąć na podstawie wyników z pkt.IV 2 wersji podstawowej.
Korzystając z wartości współczynników kierunkowych obliczyć czułość hallotronu γ.
Oszacować niepewność wyznaczenia czułości hallotronu.
Obliczyć koncentrację elektronów swobodnych oraz wyznaczyć jej niepewność
bezwzględną (np. metodą pochodnej logarytmicznej) i względną korzystając z
wyrażenia:
n=
1
e⋅γ ⋅d
gdzie:
d - grubość płytki hallotronu ( d = 2 μm )
e - ładunek elementarny (e = 1,6 x 10 –19 C )
przyjąć : Bo = ( 0,500 ± 0,05 ) T
Δd = 5%
d
Wartość kąta αo przyjąć na podstawie wyników z pkt.IV.2 wersji podstawowej.
VI.
Proponowana tabela pomiarowa
Bn
ΔBn
[T]
[T] [mA] [mA] [V]
Is
...
ΔIs
...
UH ΔUH
...
α
Δα
[V]
[°]
[°]
...
...
...
γ
Δγ
[ AV⋅T ] [ AV⋅T ]
Δγ
γ
%
n
Δn
Δn
n
m3
m3
%
[1 ] [1 ]
3