Обработка результатов измерений
1. Вычислите B и Bг по формулам (7.1) и (7.2), результаты занесите в табл. 7.1.
2. Определите погрешности Bг по известной методике, заполняя таблицу обработки результатов измерений.
3. По среднему значению áBгñ и по географической широте j (табл. П2 приложения 2) вычислите вертикальную составляющую и полную индукцию магнитного поля (см. рис. 7.2) на широте Златоуста.
4. Найдите в литературе значение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли и сравните с полученным Вами результатом измерений.
5. По полученным средним значениям Bг и BЗ найдите горизонтальную составляющую Нг напряжённости магнитного поля Земли, а также её полное значение НЗв месте измерения.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение: магнитного поля, напряженности и индукции магнитного поля, силовой линии магнитного поля. Письменный ответ на этот вопрос необходимо включить в отчёт.
2. Каковы цели лабораторной работы и что нужно сделать для их достижения?
3. Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.
4. Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?
5. Дайте определения индукции и напряжённости магнитного поля. В каких единицах измеряются эти величины?
6. Расскажите об индукции магнитного поля Земли, о её составляющих. В каких точках земного шара горизонтальная составляющая магнитного поля имеет наибольшее значение?
|
|
|
7. Каковы устройство и принцип действия тангенс-гальванометра?
8. Как нужно расположить тангенс-гальванометр в магнитном поле Земли?
9. Сформулируйте закон Био – Савара – Лапласа. Выведите формулу (7.2), используя этот закон.
10. Как установится магнитная стрелка в магнитном поле Земли, если её ось перпендикулярна плоскости магнитного меридиана?
11. Какова форма силовых линий и направление вектора индукции магнитного поля у прямого проводника с током? Кругового проводника с током?
12. По какому правилу определяется направление силовых линий магнитного поля?
13. Как зависит угол отклонения магнитной стрелки в тангенс-гальванометре от числа витков и радиуса катушки?
14. Для какого полушария Земли указано направление магнитного поля на рис. 7.1?
Работа № 8. Изучение эффекта Холла в полупроводниках
Цель работы : исследовать зависимость напряжения Холла от величины и направления индукции магнитного поля, практически определить значение постоянной Холла и концентрацию носителей тока в исследуемом полупроводнике.
Оборудование : миниблоки «Ключ» и «Датчик Холла», тороидальный сердечник с обмоткой и прорезью (электромагнит), мультиметр, стрелочный амперметр, источник питания 1,2…12 В, источник питания 3 В, соединительные провода.
|
|
|
Краткая теория
В 1879 г. американский физик Эдвин Герберт Холл (E.H. Hall, 1855–1938) обнаружил, что при помещении тонкой пластины с током I в магнитное поле, перпендикулярное плоскости пластины, в ней возникает поперечная разность потенциалов, которую назвали напряжением Холла. Проведённые измерения показали, что холловское напряжение U прямо пропорционально индукции В магнитного поля и силе тока I, и обратно пропорционально толщине d пластины:
 ,
| (8.2) |
где R – коэффициент пропорциональности (коэффициент Холла), его знак и величина зависят от заряда носителей тока и их концентрации.
Рассмотрим элементарную теорию эффекта Холла. Пусть носителями тока являются электроны (например, в металлах и в полупроводниках n-типа). При протекании в образце тока плотностью j электроны имеют скорость направленного движения u (скорость дрейфа), направленную против направления тока (рис. 8.1). Если проводник с током помещён в магнитное поле, то на электроны действует сила Лоренца:
FЛ =  ,
| (8.2) |
направленная перпендикулярно их скорости (см. рис. 8.1). Электроны будут отклоняться к одной из граней, оставляя на противоположной стороне пластины не скомпенсированный положительный заряд.
|
|
|
В результате вдоль оси Y появится поперечное электрическое поле, действующее на электрон с силой
 ,
| (8.3) |
которая направлена противоположно силе Лоренца. Накопление зарядов будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле не скомпенсирует отклоняющее действие магнитного поля.
При равенстве модулей сил:
| eE = e u B | (8.4) |
установится стационарное состояние, то есть постоянное поперечное электрическое поле Холла, напряжённость которого
| E = u B, | (8.5) |
если магнитное поле перпендикулярно скорости дрейфа электронов.
Полагая поперечное электрическое поле однородным, найдём разность потенциалов между противоположными гранями пластины (напряжение Холла)
 ,
| (8.6) |
где b – ширина пластины, илиразмер образца вдоль направления поля Холла.
Скорость u электронов можно выразить через силу тока:
 ; j = en u; Þ  ,
| (8.7) |
где n – концентрация носителей тока в пластине.
Подставив скорость (8.7) в равенство (8.6), получим напряжение Холла
 .
| (8.8) |
Сравнивая выражения (8.1) и (8.8), получаем коэффициент Холла
 .
| (8.9) |
Из этой формулы следует, что знак коэффициента Холла определяется знаком заряда носителей тока. Для металлов и полупроводников n-типа R < 0, а для полупроводников с дырочной проводимостью (р-типа) R > 0.
|
|
|
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!