Лабораторный практикум по физике

Лабораторная работа №56:

" Изучение взаимосвязи между величиной ЭДС Холла, плотностью тока и величиной вектора магнитной индукции ".

Цель работы: 1. Изучение взаимосвязи между величиной ЭДС Холла, плотностью тока и величиной вектора магнитной индукции.

2.Определение постоянной Холла концентрации

носителей заряда в InSb .

Перечень приборов и принадлежностей:

1.электромагнит;

2.полупроводниковый датчик Холла;

3.амперметр постоянного тока;

4.микроамперметр постоянного тока;

5.реостаты;

6.универсальный цифровой вольтметр Б7-40/4;

7.блоки питания постоянного тока 60В, 1,5В и 5В. Схема рабочей установки приведена на рис.1.

Рис. 1.

К1, К2, К3 – ключи;

R1 – галетный переключатель;

R2 – реостат;

А1, А2 – амперметры;

Краткая теория:

Электропроводность металлов и полупроводников обусловлена движением носителей зарядов. В металлах такими носителями являются заряженные отрицательные частицы – электроны, а в полупроводниках, помимо электронов, заряженные положительно квазичастицы – дырки.

Если проводник или полупроводник, по которому течёт ток, поместить в магнитное поле, то в нём возникает дополнительное упорядоченное движение носителей заряда одного знака в определённом направлении. Это направление перпендикулярно как к направлению тока, так и

направлению вектора магнитной индукции. Это явление названо эффектом Холла.

Если вдоль металлической пластинки шириной b течёт ток плотностью

j , то эквипотенциальные поверхности электрического поля напряжённости

E0 , обусловившего ток в пластинке, располагаются перпендикулярно

вектору j . При этом точки на противоположных сторонах пластинки лежат на одной эквипотенциальной поверхности и обладают одинаковым

суперпозиции электрических полей, можно найти результирующий вектор

на противоположных сторонах пластинки обладают теперь разным потенциалом. Значит между верхней и нижней сторонами пластинки возникает разность потенциалов, называемая электродвижущей силой (ЭДС Холла).

ЭДС Холла можно вычислить по формуле

Коэффициент RH ne1 зависит только от природы материала и называется

постоянной Холла.

При изучении эффекта Холла в полупроводниках следует учитывать, что последние обладают двумя видами носителей заряда – электронами и дырками. Однако, в случае, когда основную роль играют носители заряда одного знака, постоянную Холла можно вычислить по формуле

RH 83ne .

Знак “+” соответствует положительным, а знак “-” – отрицательным носителям заряда.

Практическое применение эффекта Холла очень велико. Он позволяет наиболее эффективно исследовать носители тока, особенно в полупроводниках. Эффект Холла даёт возможность оценивать концентрацию носителей заряда и определять их знак, судить о количестве примесей в полупроводниках и характере химической связи. Приборы и устройства, действие которых основано на применении эффекта Холла, используются для измерения постоянных и переменных магнитных полей, токов высокой частоты. Работа электронных преобразователей, усилителей и генераторов электрических колебаний также основывается на этом эффекте.

Выполнение работы:

1. Изучение зависимости ЭДС от величины силы тока J d в датчике Холла:

n (3,4 0,3) *1021 м 3

U H , В

J d , А

2. Изучение зависимости ЭДС Холла от величины силы тока в соленоиде:

J d = – 0,02 А

Jс , А

Вывод: В процессе эксперимента мы изучили взаимосвязь между величиной ЭДС Холла, плотностью тока и величиной вектора магнитной индукции; определили постоянную Холла концентрации носителей заряда в InSb ; Изучили зависимость ЭДС от величины силы тока J d в датчике

Холла и в соленоиде.

Чужинов Т. Габбасов Т.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 60.

Изучение магнитного поля прямолинейного тока.

Цель работы:

Целью данной работы является изучение магнитного поля прямолинейного тока. Проверка зависимости индукции магнитного поля от расстояния до проводника. Определение магнитной постоянной.

Теоретическая часть:

Магнитное поле и его характеристики.

Основной характеристикой магнитного магнитного поля в каждой точке пространства является вектор магнитной индукции В, направление которого совпадает с направлением магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля.

Величинну и направление индукции магнитного поля создаваемого проводником с током, можно определить на основе закона Био - Савара - Лапласа, мат. уравнение которого имеет вид

или в скалярной форме:

где - магнитная постоянная, I - сила тока,

dl - вектор совпадающей с направлением силы тока, r - радиус - вектор

- угол между векторами dl и r.

Закон Био - Савара Лапласа выражает вклад dB в магнитное поле ототдельного малого участка dL проводника стоком поле в точке наблюдения максимально, когда прямая проведенная из этой точке к элементу тока,перпендикулярно к напровлению тока. Создаваемая в этой точке индукция магнитного поля dB изображается вектором, пенпердикулярно к плоскости в которой лежат вектора dl и r. Каждый участок провода дает свой вклад, иполное поле в данной точке будет равно векторной сумме этих вкладов.

Индукция магнитного поля является силовой характеристикой, так как значение определяет силу, дествующей на малый элемент тока (I

dl), помещенного в данную точку поля. Согласно закону Ампера эта сила равна.

dF=[(Idl)B]

Закон Ампера может быть основой для определения единицы измерения индукции магнитного пола. В системе СИ эта единица называется тесла (Тл). Еевзаимосвязь с другими единицами следует из:

[B]=Н/(А*м)=Тл

Выполнение работы

S=160 мм2 I=12 A

=50 Гц

=2 /50