POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI CIAŁA STAŁEGO

Ćwiczenie nr 17

Temat: Badanie zjawiska Halla

Bartłomiej Teperski

Marek Słomka1. Część teoretyczna.

Zjawisko Halla pozwala określić znak ładunku płynącego w przewodniku

Na rysunku przedstawionym powyżej znajduje się płaski miedziany pasek w którym płynie prąd o natężeniu i w kierunku wskazanym strzałką. Strzałka wskazuje kierunek ruchu ładunków dodatnich (33-10a) lub kierunek przeciwny do ruchu ładunków ujemnych (33-10b).

Efekt Halla pozwala odróżnić z z którą z tych możliwości mamy do czynienia.

Pasek umieszczamy w polu magnetycznym o indukcji B, między biegunami elektromagnesu, tak aby linie natężenia pola były prostopadłe do płaszczyzny paska. Pole to działa na pasek z siłą F (równą il x*B) skierowaną w prawą stronę. Ponieważ siła działająca na pasek jest wynikiem sił (równych qv*B), działających na ładunki przenoszące prąd; ładunki te, niezależnie od tego czy są dodatnie, czy ujemne, będą odchylane w prawą stronę powodując powstanie między punktami x i y poprzecznej różnicy potencjałów Halla Vxy. Znak płynących ładunków jest określony przez znak wytworzonej różnicy potencjałów. Jeżeli ładunki mają znak dodatni, w punkcie y potencjał będzie wyższy niż w punkcie x, jeżeli ujemny - w y będzie potencjał niższy w x. Doświadczenie wskazuje że w metalach nośniki prądu mają znak ujemny.

2. Tabela pomiarów.

Tabela zamieszczona na osobnej kartce.

3. Obliczenia

Obliczenie wartości stałej Halla według wzoru
,

gdzie d=10^-6m

R_H

Im

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

RH średnie

IX

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

[mA]

110

[mA]

7,922 E-08

1,029 E-07

1,044 E-07

9,449 E-08

1,064 E-07

1,034 E-07

1,100 E-07

1,088 E-07

8,045 E-08

9,904E-08

200

[mA]

9,343 E-08

9,751 E-08

9,786 E-08

9,511 E-08

9,960 E-08

9,847 E-08

1,007 E-07

1,010 E-07

9,496 E-08

1,007E-07

290

[mA]

8,703 E-08

8,673 E-08

8,628 E-08

9,014 E-08

8,700 E-08

8,715 E-08

8,742 E-08

8,761 E-08

8,586 E-08

8,633E-08

380

[mA]

7,451 E-08

7,289 E-08

7,327 E-08

7,377 E-08

7,317 E-08

7,314 E-08

7,321 E-08

7,352 E-08

7,261 E-08

7,233E-08

470

[mA]

6,318 E-08

6,195 E-08

6,228 E-08

6,242 E-08

6,231 E-08

6,213 E-08

6,224 E-08

6,245 E-08

6,185 E-08

6,168E-08

560

[mA]

5,444 E-08

5,353 E-08

5,381 E-08

5,392 E-08

5,381 E-08

5,365 E-08

5,366 E-08

5,395 E-08

5,348 E-08

5,333E-08

640

[mA]

4,836 E-08

4,765 E-08

4,791 E-08

4,801 E-08

4,789 E-08

4,776 E-08

4,775 E-08

4,802 E-08

4,763 E-08

4,753E-08

730

[mA]

4,278 E-08

4,220 E-08

4,243 E-08

4,250 E-08

4,240 E-08

4,229 E-08

4,228 E-08

4,252 E-08

4,220 E-08

4,211E-08

Wartości R_H średnie obliczone są metodą regresji liniowej.

4. Zestawienie wyników:

Tabela z danymi do wykresu:

U­­­H
	Im	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7
B		[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]
38,5	[mA]	9,15	13,87	16,07	16,37	20,49	21,9	25,4	27,23	21,68
70	[mA]	19,62	23,89	27,4	29,96	34,86	37,91	42,28	45,94	46,53
101,5	[mA]	26,5	30,81	35,03	41,17	44,15	48,65	53,24	57,8	61
133	[mA]	29,73	33,93	38,98	44,15	48,66	53,5	58,42	63,56	67,6
164,5	[mA]	31,18	35,67	40,98	46,21	51,25	56,21	61,43	66,78	71,22
196	[mA]	32,01	36,72	42,19	47,56	52,73	57,84	63,11	68,73	73,37
224	[mA]	32,5	37,36	42,93	48,39	53,64	58,84	64,18	69,92	74,69
255,5	[mA]	32,79	37,74	43,36	48,87	54,16	59,43	64,81	70,61	75,47

5. Wnioski

a) Z przeprowadzonego doświadczenia wnioskujemy, że przy stałym prądzie płynącym przez badaną płytkę, a zmiennym(rosnącym natężeniu) polu magnetycznym napięcie pojawiające się na płytce wzrasta logarytmicznie, co pokazuje wykres U_H=f(B).

b) Przy rosnącym(krokowo) prądzie płynącym przez badaną płytkę, a stałym polu magnetycznym napięcie pojawiające się na płytce rośnie liniowo, co pokazuje wykres U_H=f(I_X). Dopiero powyżej pewnego natężenia pola magnetycznego wyniki zależności prądowo-napięciowej są spójne i mieszczą się w przedziale błędu dokładności pomiaru.

---