1. Wstęp teoretyczny.

Zjawisko poprzecznego przesunięcia poruszających się elektronów w przewodniku i wytworzenia pola elektrycznego pod wpływem działania poprzecznych do ruchu elektronów sił pola magnetycznego zostało odkryte w 1879r. przez fizyka amerykańskiego Halla. Siła powodująca takie odchylenie elektronów to siła Lorentza F=evB (wektory prędkości elektronu i indukcji magnetycznej są do siebie prostopadłe). Proces odchylania elektronów trwa tak długo aż siła Lorentza zostanie zrównoważona przez siłę elektrostatyczną. eE_y=evB. Między poprzecznymi ściankami płytki powstaje napięcie U_H=bE_y=bvB, które nazywamy napięciem Halla. Metale ze względu na dużą koncentrację elektronów charakteryzują się niewielkim efektem Halla. Zupełnie inaczej wygląda to w półprzewodnikach, które nazwano hallotronami. W produkcji hallotronów stosuje się półprzewodniki typu n. Mają one znaczną ruchliwość nośników nadmiarowych. Zaliczamy do nich: krzem, lity german, antymonek indu, selenek rtęci, arsenek kadmu i tellurek rtęci.

Hallotrony cechują się następującymi parametrami:

-oporność właściwa

-stała Halla

-ruchliwość Halla

-czułość

Obecnie hallotrony wykonane z litego półprzewodnika są wyparte przez wykonane metodami chemicznymi .

Przepływowi prądu elektrycznego w polu magnetycznym towarzyszy nie tylko napięcie Halla ale również inne napięcia pasożytnicze. Napięcie asymetrii pierwotnej powstaje z powodu nieekwipotencjalnego usytuowania elektrod napięciowych powodując wpływ prądu sterującego na napięcie Halla. Napięcie asymetrii występuje nawet przy braku pola magnetycznego. Napięcie to może być kompensowane układem oporników dobieranych w zależności od parametrów hallotronu.

Dodatkowo przepływowi prądu towarzyszy wydzielanie ciepła, na chłodniejszym końcu gromadzi się ładunek ujemny i w ten sposób powstaje pole Nersta.

Aby wyeliminować większość napięć pasożytniczych polega na wykonaniu czterech pomiarów napięć przy zmianach kierunku prądu i pola magnetycznego.

Do najważniejszych zastosowań hallotronów należy pomiar indukcji magnetycznej za pomocą teslomierzy hallonowych. Można też je wykorzystywać do badania własności materiałów magnetycznych oraz pomiaru natężenia prądu w urządzeniach elektroenergetycznych. Napięcie Halla jest proporcjonalne do indukcji magnetycznej wywołanej przepływem prądu elektrycznego.

2. Metoda pomiaru.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie czułości hallotronu typu RHXP 22 wykonanego w technologii cienkowarstwowej z CdHgTe o grubości 0,08mm. Hallotron umieszczamy w pleksiglasowej oprawce a sondę wstawiamy do szczeliny w długim solenoidzie tak, by płaszczyzna hallotronu była prostopadła do kierunku pola magnetycznego.

Indukcję pola magnetycznego określamy wzorem:

B=u₀ I N / l

N=1500-liczba zwojów

l=95cm-długość solenoidu

I-natężenie płynącego prądu

u=4ii 10^-7H/m-przenikalność magnetyczna próżni

Wzór na napięcie Halla ma postać:

U_H=( u₀ N R_H / dl ) i I

d - grubość użytego hallotronu

R_H -stał Halla

1. prąd w mA

3.Opis ćwiczenia.

Ćwiczenie polegało na połączeniu obwodu pokazanego na schemacie i pomiarze napiącia Halla w zależności od prądu płynącego przez hallotron oraz od pola magnetycznego w którym się on znajdował. W tym celu zastosowano następującą kolejność postępowania :

- przy wyłączonym obwodzie cewki nastawiano żądaną wartość prądu Is płynącego przez hallotron i kompensowano napięcie asymetrii,

- włączano prostownik i notowano wskazanie miliwoltomierza,

-wyłączano prostownik,

- ustalano nową wartość prądu Is , po czym cała procedura była powtarzana.

Charakterystyki hallotronu wyznaczano dla trzech różnych pól magnetycznych cewki odpowiadających natężeniu prądu

Ia = 4,6,8 A.

4.Tabela pomiarowa.

Miliamperomierz zakres 30 mA klasa 0.5

Amperomierz zakres 10 A

+ 3 x waga ostatniej cyfry

Miliwoltomierz V 628 zakres 400 mV

+ waga ostatniej cyfry

Tabela pomiarowa:

Lp	Is	Napięcie Hall	UH[mV]	Dla I[A]
	mA	I1=4 A	I2=6 A	I3=8 A
1	2	1.2	1.8	2.4
2	4	2.4	3.5	4.6
3	6	3.6	5.4	7
4	8	4.9	7	9.2
5	10	6.1	8.9	11.5
6	12	7	10.8	13.6
7	14	8.2	12.4	15.8
8	16	9.4	14	17.8
9	18	10.4	15	19.7
10	20	11.2	16.9	22.1
11	22	13.2	18.1	23
12	24	13.9	18.7	25.5
13	26	14.8	20.1	26.5

5.Opracowanie wyników pomiarów.

Stała --> [Author:S] hallotronu :

gdzie :

l = 0.95 m - długość solenoidu

n=1500 - liczba zwojów

U_H=k*I_s

6.Obliczenia.

Jej błąd względny liczymy z różniczki zupełnej:

1) Im=4 A

UH= 0.588 Is

k = (0,58 ± 0,04 )

n = ( 1,06± 0,04 ) 10²¹

RH= ( 5,9± 0,2 ) 10^-3 [m3/C]

2) Im=6 A

UH= 0.875Is

k = (0,875 ± 0,014 )

n = ( 7,1 ± 0,3 ) 10²⁰

RH= (8,8 ± 0,3 ) 10^-3 [ m3/C ]

3) Im= 8 A

UH= 1,12 Is

k = (1,12 ± 0,03 )

n = ( 1,12 ± 0,06 ) 10²¹

RH= ( 5,6 ± 0,3 ) [ m3/C ]

Obliczamy średnią ważoną stałej hallotronu oraz jej błąd :

R= ( 6,54 ± 0,2 ) 10^-3 m2/C

Po zaokrągleniu wynik końcowy jest następujący

R = ( 6,5 ±0,2 ) * 10^-3 m³/C

7.Wnioski.

Obliczenia nasze są obarczone błędami przyrządów a także niedokładnością oka ludzkiego. Dla obliczanych rzędów wielkości nasze błędy wynikające z pomiarów nie fałszują zbytnio wyników i pozwalają z dość dużą dokładnością obliczyć stałą Halla. Otrzymana stała Halla jest większa od zera z czego wnioskujemy że typem przewodnictwa w badanym halotronie jest typ dziurowy. Więc jest to półprzewodnik.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

W GLIWICACH

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Laboratorium z fizyki.

Sprawozdanie.

Temat:

Wyznaczanie temperatury Curie dla ferrytów.

Sekcja :1

Grupa 3 sem:II

Marek Kuczera

Piotr Szczerba

4

---