POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Nazwisko i imię studenta Andrzej Mikołajuk						Symbol grupy ED. 3.5
Data wyk. Ćwiczenia 1998-X-13		Symbol ćwiczenia : 11,1 ; 11,2		Temat zadania : 11.1 Wyznaczanie indukcji magnetycznej elektromagnesu przy pomocy teslomierza hallotronowego . 11.2 Wyznaczanie stałej Halla z zależności napięcia Halla od indukcji magnetycznej .
	ZALICZENIE			Ocena	Data	Podpis

Cel ćwiczenia: Celem ćwiczeń 11,1 i 11,2 jest wyznaczenie indukcji magnetycznej elektromagnesu oraz wyznaczanie stałej Halla z zależności napięcia Halla od indukcji magnetycznej .

Wprowadzenie do ćwiczenia

Wszystkie ciała stałe dzielimy na trzy podstawowe grupy :

• izolatory .

• półprzewodniki .

• przewodniki .

Izolatory są to materiały posiadające najszerszy obszar zabroniony co w warunkach normalnych uniemożliwia przepływ prądu elektrycznego . W dielektrykach w paśmie przewodnictwa nie występują wolne nośniki prądu co powoduje brak przepływu prądu elektrycznego , dopiero w bardzo wysokich temperaturach , lub silnych polach magnetycznych może następować proces powstawania nośników prądu elektrycznego co spowoduje przepływ prądu elektrycznego . W warunkach normalnych prąd ten jest znikomo mały .

Przewodniki są to takie materiały które mają pasmo walencyjne całkowicie obsadzone i pokrywające się z pasmem przewodnictwa , i jest to stan normalny przewodnika . Siła potrzebna do wzbudzenia takiego elektronu jest bardzo mała i wystarczy na przykład promieniowanie cieplne . Jednak koncentracja elektronów zależy w małym stopniu od temperatury , bo normalna koncentracja elektronów jest dużo większa od liczby elektronów termicznych . Aby w przewodniku płyną prąd wystarczy przyłożyć do niego różnicę potencjałów co wywoła przepływ prądu elektrycznego tzn. elektronów .

Półprzewodniki są pod względem budowy podobne do izolatorów z tą różnicą , że obszar zabroniony jest dużo mniejszy . Przerwa energetyczna w przewodniku jest takiej wielkości , że możliwe jest przeniesienie sporej ilości elektronów do pasma przewodnictwa w sposób termiczny , lub optyczny . Półprzewodniki charakteryzują się posiadaniem dwóch rodzajów nośników energii : -dodatnich i ujemnych , ale w praktyce okazuje się , poruszają się tylko nośniki ujemne . Jeśli będziemy badali przewodność półprzewodnika to nie otrzymamy informacji o rodzaju nośników lecz o ich ruchliwości i koncentracji . Takie informacje możemy uzyskać opierając się na zjawisku Halla . Włączając półprzewodnik w obwód prądu stałego i umieszczając ją w prostopadłym polu magnetycznym do płytki i prądu nastąpi przepływ ładunków ujemnych na jedną stronę i ich niedobór po stronie przeciwnej . Znając natężenie pola , prąd płynący przez półprzewodnik , napięcie Halla oraz grubość płytki wykorzystanej do badań możemy określić znak ładunku prądu który będzie zgodny ze znakiem R_H , gdzie R_H -jest to stała Halla .

Ogólny schemat powstawania zjawiska Halla

Schemat układu pomiarowego do badania własności hallotronu .

Opis schematu :

ZE - zasilacz prądowy elektromagnesu .

A - amperomierz .

T - teslomierz .

Hw - hallotron wzorcowy .

EL - elektromagnes .

HM - hallotron mierzony .

MD - model do pomiaru własności hallotronu .

ZH - zasilacz prądowy hallotronu .

V - multimetr cyfrowy .

RD - opornik dekadowy .

Tabele pomiarowe

11.1 11.2

Połączenie	Lp.	I	Bz		Lp.	Bz	UH	RH
cewek		A	T			T	V	Ω
S	1	0,1	0,12		1	0,1	0,046	0,0023
z	2	0,2	0,24		2	0,2	0,09	0,00225
e	3	0,3	0,4		3	0,3	0,131	0,002183
r	4	0,4	0,5		4	0,4	0,175	0,002188
e	5	0,5	0,64		5	0,5	0,215	0,00215
g	6	0,6	0,76		6	0,6	0,256	0,002133
o	7	0,7	0,88		7	0,7	0,297	0,002121
w	8	0,8	1		8	0,8	0,337	0,002106
e	9	0,9	1,12		9	0,9	0,376	0,002089
	10	1	1,24		10	1	0,412	0,00206
					11	1,1	0,45	0,002045
	1	0,1	0,04		12	1,2	0,486	0,002025
	2	0,2	0,12		13	1,3	0,526	0,002023
r	3	0,3	0,16		14	1,4	0,561	0,002004
ó	4	0,4	0,24		15	1,5	0,601	0,002003
w	5	0,5	0,32		16	1,6	0,637	0,001991
n	6	0,6	0,36		17	1,7	0,672	0,001976
o	7	0,7	0,44
l	8	0,8	0,5
e	9	0,9	0,56
g	10	1	0,64
ł	11	1,1	0,7
e	12	1,2	0,76
	13	1,3	0,8
	14	1,4	0,88

Wykresy do ćwiczenia wykreślone na podstawie dokonanych pomiarów . Połączenie szeregowe

Tabela do obliczeń błędu do ćwiczenia 11.2

Lp	Bz	UH	RH
	Xi	Ni	Yi	wi	xi^2	xiyi	Δy=axi+b-yi
1	0,1	0,046	0,0023	1	0,01	0,00023	0,00075
2	0,2	0,09	0,00225	1	0,04	0,00045	0,00159
3	0,3	0,131	0,002183	1	0,09	0,00065	0,002447
4	0,4	0,175	0,002188	1	0,16	0,00087	0,003232
5	0,5	0,215	0,00215	1	0,25	0,00107	0,00406
6	0,6	0,256	0,002133	1	0,36	0,00128	0,004867
7	0,7	0,297	0,002121	1	0,49	0,00148	0,005669
8	0,8	0,337	0,002106	1	0,64	0,00168	0,006474
9	0,9	0,376	0,002089	1	0,81	0,00188	0,007281
10	1	0,412	0,00206	1	1	0,00206	0,0081
11	1,1	0,45	0,002045	1	1,21	0,00225	0,008905
12	1,2	0,486	0,002025	1	1,44	0,00243	0,009715
13	1,3	0,526	0,002023	1	1,69	0,00263	0,010507
14	1,4	0,561	0,002004	1	1,96	0,00280	0,011316
15	1,5	0,601	0,002003	1	2,25	0,00300	0,012107
16	1,6	0,637	0,001991	1	2,56	0,0032	0,012909
17	1,7	0,672	0,001976	1	2,89	0,00336	0,013714
	Σ 15,3	Σ 6,268	Σ 0,035647	Σ 17	Σ 17,85	Σ 0,03132	Σ 0,123643

6

Rezystancję obliczam z zależności gdzie :

• R_H- stała Halla .

• U_H- napięcie Halla .

• B_z- indukcja pola magnetycznego .

• I_y- prąd sterujący .

• c- grubość płytki Hallotronu .

---