I Pracownia fizyczna ćwiczenie nr 13(elektryczność)
Transkrypt
I Pracownia fizyczna ćwiczenie nr 13(elektryczność)
I Pracownia fizyczna ć wiczenie nr 13 (elektrycznoś ć) WYZNACZANIE STAŁEJ HALLA I KONCENTRACJI NO I. 1. 2. 3. 4. II. 1. 2. 3. 4. 5. Ś NIKÓW PRĄ DU Zagadnienia Ruch ładunku w polu elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Zjawisko Halla Efekty towarzyszące zjawisku Halla i Ettingshausena, Ettingshausena-Nernsta i Rigi-Leduca. Nieekwipotencjalnoś elektrod. Zastosowanie hallotronów. ć Literatura H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN Warszawa. E. Purcell, Elektrycznoś ć i magnetyzm, PWN Warszawa. B. Jaworski, A. Dietłaf, Kurs fizyki, t. II, PWN Warszawa. A.K. Wróblewski, J.A. Zakrzewski, Wstę p do fizyki, t. II, PWN Warszawa. B. Pę dzisz, Zjawisko Halla, Zeszyt laboratoryjny, 20, WSP Opole. III. Wykonanie ćwiczenia Zgodnie z uproszczoną teorią zjawiska Halla RH moż na obliczyć a koncentrację noś ników prądu n z równania n = 1 z zależ noś ci R H = . UH – napię cie Halla, d – gruboś RH ⋅ e Is – natę ż enie prądu sterującego, B – indukcja magnetyczna, e – ładunek elementarny. 1. Zmontować obwody hallotronu i elektromagnesu według poniż szych schematów: ć UH ⋅d , Is ⋅ B próbki, Z1, Z2 – zasilacze, E – elektromagnes, H – hallotron (1,3 – sondy napię ciowe, 2,4 – sondy prądowe). V Obsługa zasilacza GP – 4303 D Zasilacz stosować do regulacji wartoś ci natę ż enia prądu sterującego Is. Przed przystąpieniem do łączenia obwodów należ y potencjometry Current , Fine, i Voltage ustawić w skrajnym lewym położ eniu. Zasilacz włącza się przyciskiem Power. Regulacje wartoś ci natę ż enia prądu Is należ y dokonywać wyłącznie za pomocą potencjometru Fine (pozostałe potencjometry musza być w skrajnym lewym położ eniu!). Wartoś ć prą du sterują cego Is płynacego przez hallotron nie moż e przekroczyć 3mA. (Wartoś ć Is odczytuje się z miernika wskazówkowego.) -1- I Pracownia fizyczna ć wiczenie nr 13 (elektrycznoś ć) 2. Korzystając z danych zamieszczonych w tabeli I sporządzić wykres zależ noś ci B = f(Ie). Zależ noś ć Tabela I indukcji magnetycznej B od natę ż enia prądu Is płynącego przez elektromagnes Błąd maksymalny wart. Natę ż enia prądu ∆Ie [A] 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 Natę ż enie prądu Ie [A] 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 Błąd maksymalny wart. Indukcji magnetycznej ∆B [mT] 35 35 35 35 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 Indukcja magnetyczna B [mT] 125 215 320 410 480 560 620 640 680 700 720 740 740 760 780 780 3. Dla wybranych trzech wartoś ci B leż ących w czę ś ci prostoliniowej wykresu B = f(Ie) zbadać zależ noś ć UH = f(Is)B=const. Wartoś ć Is zmieniać w przedziale od 0 do 3 mA. 4. Dla wybranych trzech wartoś ci Is zbadać zależ noś ć UH = f(B)Is=const. B zmieniać w przedziale od 0 do 620 mT. 5. Wykreś lić dwie rodziny charakterystyk 1) UH = f(Is)b=const i 2) UH = f(B)Is=const. 6. Na podstawie danych do wykresu obliczyć metodą regresji liniowej współczynniki kierunkowe prostych α = α1, α2, α3 [1] i β = β1, β2, β3 [2]. ∆U H ∆U H , α= β= ∆I s ∆B 7. Obliczyć wartoś ci stałej Halla z zależ noś ci: α ⋅d β ⋅d [1] RH = , [2] RH = , d=0,05mm I sconst Bconst 8. Obliczyć wartoś rednią <RH> oraz ś rednią koncentracje noś ników prądu <n>: 1 n = RH ⋅ e 9. Przeprowadzić dyskusję uzyskanych wyników ć ś IV. Tablica pomiarowa mT B2 = mT B3 = mT B1 = (Ie = A) (Ie = A) (Ie = A) UH Is UH Is UH Is [V] [mA] [V] [mA] [V] [mA] Is = UH [V] mA Ie [A] -2- B [mT] Is = UH [V] mA Ie [A] B [mT] Is = UH [V] mA Ie [A] B [mT]