1
ĆWICZENIE NR 3
BADANIE EFEKTU HALLA
I.
Zestaw przyrządów:
1.
Hallotron umieszczony w polu magnetycznym wytworzonym przez magnesy
trwałe. Magnesy zamocowane są tak by możliwy był pomiar zmian orientacji
pola magnetycznego względem płaszczyzny hallotronu.
2.
Zasilacz hallotronu.
3.
Miliamperomierz do pomiaru natężenia prądu sterującego.
4.
Woltomierz do pomiaru napięcia Halla.
II.
Cel ćwiczenia:
1.
Wyznaczenie charakterystyk hallotronu.
2.
Wyznaczenie czułości hallotronu.
3.
Wyznaczenie koncentracji elektronów swobodnych.
.
Wyznaczenie czułości kątowej układu.
III. Schemat układu pomiarowego :
*
IV.
Przebieg pomiarów:
B
n
B
o
0°
„0”
180°
270°
215°
135°
S
N
155°
mA
V
Zasilacz
hallotronu
I
s
U
H
hallotron
magnesy
B
n
= B
o
× sin(a - a
o
)
a
I
s
U
H
a
o
2
1.
Połączyć układ zasilający hallotron.
2.
Wyznaczyć zależność napięcia Halla U
H
od indukcji magnetycznej przy
ustalonym natężeniu prądu płynącego przez hallotron I
S
= const. Włączyć
woltomierz oraz zasilacz hallotronu. Ustalić wartość prądu zasilania hallotronu
I
S
wskazaną przez prowadzącego (z przedziału 5 – 15 mA ). Obrócić magnesy
w położenie przy którym napięcie Halla U
H
= 0 - kierunek pola
magnetycznego jest wtedy równoległy do powierzchni hallotronu – zanotować
to położenie jako a
0
.Wykonać pomiary zależności napięcia Halla od kąta
pomiędzy kierunkiem indukcji magnetycznej B i powierzchnią hallotronu.
Pomiary wykonać w przedziale od zera do 360
0
co 10
0
.
3.
Wyznaczyć zależność napięcia Halla U
H
od natężenia prądu I
S
płynącego
przez hallotron, przy ustalonej wartości indukcji magnetycznej B. Ustawić
magnesy pod kątem wskazanym przez prowadzącego. Przeprowadzić pomiary
zależności napięcia Halla U
H
od natężenia prądu sterującego I
S
w zakresie
od 1 mA do 15 mA co 1 mA;
V.
Opracowanie wyników pomiarów :
1.
Narysować wykres zależności napięcia Halla od kąta odczytanego z podziałki
hallotronu.
2.
Korzystając z tego wykresu odczytać wartość α
0
przy której U
H
= 0 .
3.
Obliczyć maksymalną wartość czułości kątowej hallotronu ΔU
H
/Δα .
4.
Narysować wykres zależności napięcia Halla od wartości składowej normalnej
indukcji B
n
= B
0
sin (α – α
0
) .
5.
Narysować wykres zależności napięcia Halla U
H
od natężenia prądu I
s
płynącego przez hallotron.
6.
Korzystając z regresji liniowej obliczyć współczynniki kierunkowe prostych
opisujących zależności U
H
(B) przy I
s
= const. oraz U
H
(I
s
) przy B
n
= const.
Program do obliczania współczynników regresji liniowej oraz ich niepewności
można pobrać ze strony http://www.if.pwr.wroc.pl/LPF/doc/programy.htm
7.
Korzystając z wartości współczynników kierunkowych obliczyć czułość
hallotronu γ.
8.
Oszacować niepewność wyznaczenia czułości hallotronu g
D oraz
[%]
g
g
D
.
9.
Obliczyć koncentrację elektronów swobodnych n korzystając z wyrażenia:
n
e d
= × ×
1
g
gdzie:
d - grubość płytki hallotronu ( d = 2 μm )
e - ładunek elementarny (e = 1,6 x 10
–19
C )
przyjąć : B
0
= ( 0,500 ± 0,05 ) T
Dd
d
= 5%
3
10.Niepewności pomiarowe ΔU
H
oraz ΔI
s
należy obliczyć zgodnie ze
wskazówkami, które znajdują się w instrukcji do mierników:
Prąd stały:
±
(1.5% odczytu + 1 cyfra)
Napięcie stałe :
±
(1% odczytu + 1 cyfra)
11. Nanieść niepewności na stosowne wykresy.
12.Obliczyć względną niepewność koncentracji
[%]
n
n
D
:
[%]
[%]
[%]
g
g
D
+
D
=
D
d
d
n
n