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]